Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE





AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


PROIECT DE DIPLOMA Electronica si Telecomunicatii - Design-ul si implementarea retelelor wireless (fara fir)

Electronica electricitate

+ Font mai mare | - Font mai mic







DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
STRUCTURI COMBINATIONALE SSI IMPLEMENTATE IN VERILOG
MASURAREA CAPACITATII SI A INDUCTIVITATII
Convertoare cu rampa in trepte
REZISTENTE ADMISIBILE
Diode semiconductoare
Fenomene fizice in semiconductori
Microcontrolere
Stabilizator de tensiune continua
NORMATIV PRIVIND PROIECTAREA SI EXECUTAREA BRANSAMENTELOR ELECTRICE
PROIECT Transportul si distributia energiei electrice

logo_tc_ro                                                                                    



Universitatea “Politehnica” Timisoara

Facultatea de Electronica si Telecomunicatii

PROIECT DE DIPLOMA

Design-ul si implementarea retelelor wireless (fara fir)

            Capitolul 1 : Introducere

O retea wireless WLAN este o retea fara fir, extinsa pe arii limitate, in functie de echipamentele folosite si de puterea acestora, prin care se poate face transfer de date si Internet folosind undele radio.

Eliminarea tuturor tipurilor de cablari duce la o elasticitate mai mare a retelei, care poate fi configurata de profesionisti, intr-un mod optim, pentru a satisface fiecare utilizator final al retelei wireless respective.

            Noile standarde care au urmat specificatiile 802.11, cum ar fi, 802.11a , 802.11g, 802.16 (WiMAX), fac parte din retelele actuale si ofera multe imbunatatiri, de la arii mari de acoperire pana la viteze mari de transfer.

            Diferentele intre o retea cablata si o retea wireless radio sunt multiple si reprezinta unele beneficii in favoarea retelelor wireless:

·        Spre deosebire de alte sisteme radio, WLAN foloseste un spectru de frecvente radio care nu au nevoie de licenta deci nu necesita aprobare pentru utilizare.

·        Se permite dezvoltarea variata a unei retele locale WLAN fara utilizarea cablurilor, reducand costurile necesare dezvoltarii retelei si evitand diferite obstacole in implementarea retelei (locuri inaccesibile, care nu pot fi cablate).

·        Multe retele WLAN suporta roaming, permitand unui utilizator sa se mute dintr-un punct de acces in altul in aceeasi cladire, sau zona geografica.

·        Standardul wireless este un standard acceptat global, clientii wireless putand lucra in diferite tari de pe glob.

·        Posibilitati variate de conectare a utilizatorului final, prin intermediul placilor PCMCIA, PCI, USB sau a variatelor sisteme wireless 802.11b sau 802.11g integrate in majoritatea notebook-urilor moderne.

·        Posibilitati alternative sau combinate de antene unidirectionale sau bidirectionale, sectoriale, directionale, omnidirectionale, punct la punct, punct la multipunct, sisteme de bridge (interconectarea a doua retele wireless), puncte de acces de diferite puteri, cu diferite castiguri.

1.1 Scurt istoric:

            In anul 1970 sub indrumarea lui Norman Abramson , la Universitatea din Hawaii , a fost dezvoltata prima retea de comunicare intre calculatoare , prin utilizarea unor sisteme ieftine asemanatoare unui radio. Topologia de stea bi-directionala includea sapte calculatoare dispuse pe patru insule , care aveau ca scop comunicarea cu un calculator central aflat pe insula Oahu , fara utilizarea de linii telefonice.

            In anul 1979 F.R.Gfeller si U. Bapst au publicat o lucrare care avea ca tema , realizarea unei retele fara fir experimentala prin folosirea de unde infrarosii imprastiate. Ulterior in anul 1984 a fost realizata o comparatie intre comunicatiile prin infrarosu si CDMA (Code Division Multiple Access) spectru larg pentru retelele informationale fara fir[4].

            Prima generatie de modem-uri (modulator/demodulator) fara fir a fost dezvoltata in anii 1980 de catre radio amatori. Ei au adaugat un modem de comunicatii de date ,avand o rata de transfer de 9600 de biti pe secunda unui sistem radio de scurta distanta. A doua generatie de modem-uri fara fir a aparut imediat dupa anuntul FCC (Comisia de Comunicatii Federala a SUA) de utilizare a tehnologiei spectrului larg in scopuri non-militare. Aceste modem-uri asigurau o rata de transfer de ordinul sutelor de kilobiti/secunda. A treia generatie de modem-uri fara fir a aparut cu scopul obtinerii unei compatibilitati cu retelele cablate existente , acestea avand viteze de transfer de ordinul Megabitilor/secunda.

            Imediat dupa aparitia primelor echipamente de retea fara fir , organizatia IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a inceput dezvoltarea unui standard comun pentru retele wireless . Astfel in anul 1997 a fost adoptat standardul IEEE 802.11 , cu scopul de a permite realizarea de echipamente interoperationale ,chiar daca acestea sunt realizate de catre diferiti producatori . Familia de standarde 802.11 cuprinde mai multe tehnici de modulatie care folosesc in principiu acelasi protocol. Cele mai populare standarde sunt  802.11b si 802.11g si sunt amendamente ale standardului original. 802.11a a fost primul standard de retele fara fir , dar 802.11b a dost cel mai acceptat urmat apoi de 802.11g si 802.11n. Securitatea furnizata de aceste protocoale a fost initial destul de slaba , dar aceasta a cunoscut imbunatatiri prin introducerea amendamentului 802.11i .

            802.11b si 802.11g utilizeaza banda de 2.4GHz ISM (banda radio industriala , stiintifica si medicala). Datorita benzii de frecventa folosite , aceste doua standarde , pot fi influentate de interferentele cauzate de cuptoarele cu microunde si de telefoanele fara fir. Dispozitivele de comunicare Bluethooth , desi opereaza in aceeasi banda , nu interfereaza cu 802.11b/g deoarece, acestea folosesc ca metoda de semnalizare FHSS (frequency hopping spread spectrum) in timp ce 802.11b/g foloseste DSSS ( direct sequence spread spectrum signaling) . 802.11a foloseste banda de 5 GHz , care ofera 8 canale care nu se suprapun , spre deosebire de cele 3 canale furnizate de banda de frecventa de 2.4GHz.

1.2 Principiul de functionare a retelelor wireless :

Retelele wireless utilizeaza unde electromagnetice (radio si infrarosu) pentru a comunica informatii intre doua puncte fara a se baza pe conexiuni fizice. Undele radio sunt deseori numite si purtatoare radio deoarece ele realizeaza functia de transport de energie de la un punct la altul , adica de la un transmitator la un receptor. Datele transmise sunt suprapuse pe purtatoarea radio astfel incat , la receptie , acestea sa poata fi extrase cu acuratete. Acest lucru poarta denumirea de modulatie a purtatoarei determinata de informatia transmisa. Odata ce informatia este suprapusa (modulata) pe purtatoare , semnalul radio ocupa mai mult de o frecventa , deoarece frecventa sau rata de bit a informatiei modulatoare este adaugata purtatoarei.

Daca undele radio sunt transmise pe frecvente diferite , pot exista mai multe purtatoare in acelasi spatiu si timp fara ca acestea sa interfereze intre ele. Pentru a extrage datele transmise , un receptor radio selecteaza o frecventa de receptie si in acelasi timp respinge toate celelelalte semnale radio de frecventa diferita.

Intr-o configuratie tipica a unei retele fara fir , un trasmitator/receptor (transciever) , numit punct de acces, este conectat la o retea cu fir , intr-o locatie fixa , prin intermediul unui cablu standard Ethernet. Un punct de acces receptioneaza , stocheaza pentru scurt timp (ca o solutie tampon) si transmite date intre reteaua fara fir si infrastructura retelei cablate. Un singur punct de acces poate suporta un numar mic de utilizatori , si actioneaza pe o distanta de cativa metri pana la peste o suta de metri in interiorul unei cladiri[7].

 Punctul de acces ( sau antena atasata acestuia) este instalat la inaltime, in mod obisnuit, dar el poate fi instalat oriunde , atata timp cat se obtine acoperirea radio necesara functionarii.

Utilizatorii acceseaza reteaua fara fir prin intermediul adaptoarelor WLAN , care sunt implementate ca placi de calculator de dimensiuni mici pentru laptopuri , sau placi ISA sau PCI pentru calculatoarele personale de birou , sau prin intermediul dispozitivelor complet integrate in cadrul terminalelor mobile de mici dimensiuni. Adaptoarele WLAN asigura o interfata intre sistemul de operare al retelei utilizatorului si undele radio ( prin intermediul antenei). Natura conexiunii fara fir este necunoscuta sistemului de operare al retelei clientului. 

1.3 Tipuri de retele wireless:

           

            In continuare, se vor face referiri la tehnologiile retelelor wireless. Astfel , retelele wireless pot fi clasificate in functie de raza de acoperire pe care o au . Din acest punct de vedere ele sunt :

1.      PAN (Personal Area Network) :

 Tehnologia Bluethooth . Ea a fost dezvoltata pentru a asigura comunicarea pe distante scurte , cu un consum minim de energie ,acest lucru facandu-se prin intermediu unui transceiver (transmitator/receptor) foarte ieftin. Transmisia se realizeaza in banda de frecventa de 2.4GHz , care nu necesita licentiere , si foloseste tehnica spectrului imprastiat cu salt de frecventa.In functie de puterea maxima permisa de alimentare a dispozitivului Bluethooth , acestea se impart in trei clase prezentate in tabelul de mai jos:

Clase

Puterea Maxima Admisa

Raza de actiune

Clasa 1

100 mW (20 dBm)

~100 metri

Clasa 2

2.5 mW (4 dBm)

~10 metri

Clasa 3

1 mW (0 dBm)

~1 metru

    

Viteza de transmisie pentru echipamentele Bluethooth , este dependenta de versiunea de tehnologie Bluethooth , astfel pentru Bluethooth 1.1 si 1.2 viteza de transmisie este de pana la 721 Kbps iar pentr Bluethooth 2.0 si 2.1 aceasta ajunge pana la 2.1 Mbps.

            Tehnologia Infrarosu.  Aceasta tehnologie este inclusa in standardul IEEE 802.11, si permite transmiterea de date , la frecvente foarte mari de ordinul TeraHertz-ilor , adica imediat sub lumina vizibila in cadrul spectrului electromagnetic. Raza de actiune a unui dispozitiv de transmisie prin infrarosu mobil este limitata , la un metru , dar vitezele de transmisie sunt ridicate ajungand pana la 2 Mbps.

           

2.      LAN ( Local Area Network) :

Retelele locale wireless au o acoperire medie , de ordinul metrilor sau chiar a zecilor de metri, reprezentativa pentru acestea fiind o retea din cadrul unei cladiri. Acestea sunt cuprinse in standardul IEEE 802.11 . Ratele de transmisie sunt intre 11 Mbps si 54 Mbps.

3.      MAN( Metropolitan Area Network):

Retelele metropolitane au o arie de acoperie medie spre larga , de ordinul kilometrilor. In aceasta categorie sun incluse standardele IEEE 802.11 (WLAN) , 802.16 (WiMAX) si 802.20 (MBWA) . Ele pot avea viteze de transmisie cuprinse intre 10 si 100 de Mbps sau chiar mai mult .

Standardul 802.11 va fi discutat ulterior. In cele ce urmeaza vor vorbi despre standardele IEEE 802.16 si 802.20 .

            IEEE 802.16 sau WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) , a fost ratificat in 2004 si poate sa utilizeze mai multe benzi de frecvente, licentiate si nelicentiate, alocate de ITU (International Telecommunication Union): - doua benzi licentiate: 3,3 – 3,8 GHz si 2,3 – 2,7 GHz; - o banda nelicentiata: 5,725 – 5,85 GHz.Flexibilitatea WiMAX privind utilizarea spectrului de frecvente, creeaza conditii pentru preturi atractive de implementare, o mare diversitate de servicii: telefonie (VoIP – Voice over Internet Protocol), spraveghere video, consultari, monitorizare de la distanta, e-learning, retele ad-hoc de intreprindere etc.; de utilizatori si o extindere progresiva in toate zonele geografice.Retelele WiMAX sunt capabile sa suporte conectivitate fixa, nomada, portabila si mobila, wireless de banda larga in aceeasi retea[6].

Tehnologia WiMAX asigura accesul la Internet la o viteza de 75 Mbps, distanta dintre statiile de retransmisie poate fi de pana la 30 Km, iar suprafata acoperita de un punct de acces poate avea o raza de aproape 2 Km.

            MWBA (Mobile Broadband Wireless Access) Accesul mobil de banda larga (MBWA) este o tehnologie dezvoltata sub standardul IEEE 802.20 si este orientata catre comunicatiile mobile de banda larga fara fir ce opereaza de la 120 la 350 km/h , la viteze de varf de peste 1 Mbps. Standardul 802.20 a preluat multe din solutiile ce stau la baza WiMAX-ului mobil, inclusiv modulatia dinamica de mare viteza si alte capacitati scalabile ale OFDMA. Totodata, utilizeaza si predarea rapida, corectia de eroare FEC si imbunatatirile pentru contracararea efectului de margine de celula.

4.      WAN ( Wide Area Network)

           

WAN-urile interconecteaza retelele locale pe o suprafata geografica mare , facand astfel posibila comunicarea pe distante foarte mari , la nivel global. In ceea ce priveste tehnologia fara fir aceasta categorie este reprezentata de GSM (Global System for Mobile Communications) , CDMA (Code division multiple access) si comunicatiile prin satelit. Vitezele de transmisie caracteristice pentru aceste tehnologii sunt cuprinse intre 10 kbps si 2 Mbps.

Capitolul 2 : Design

Retelele wireless sunt realizate din patru mari componente fizice :

Sistemul de distributie:

Cand mai multe puncte de acces sunt conectate pentru a forma o arie de acoperire mare, ele trebuie sa comunice unul cu celalalt pentru a urmarii miscarile dispozitivelor mobile. Sistemul de distributie este componenta logica a retelelor wireless , reprezentate in special de standardul IEEE 802.11, folosit pentru transmiterea cadrelor de informatie la destinatie. Acest sistem este realizat din bridge-uri si un mediu de distributie , care este de fapt reteaua centrala folosita pentru transmiterea de cadre catre punctele de acces. Reteaua centrala este in cele mai multe cazuri o retea Ethernet cablata.

Puncte de acces:

Cadrele de informatie provenite dintr-o retea wireless trebuie convertite intr-un alt tip de cadre pentru a putea fii transmise spre destinatie print-o retea centrala cablata. Dispozitivele care realizeaza acest lucru sunt punctele de acces ele indeplinind o functie punte intre wireless si mediul cablat. Aceasta este cea mai importanta functie a unui punct de acces dar nu si unica.

Mediul wireless :

Pentru a transmite cadre de date de la o statie la alta retelele wireless folosesc aerul ca mediu de transmisie. Sunt definite mai multe tipuri de niveluri fizice , initial au fost standardizate doar trei nivele , doua nivele radio frecventa si un nivel infrarosu. Cele mai populare fiind radio frecventele.

Statiile de emisie:

Retelele sunt contruite pentru a transmite date intre statii. Statiile sunt reprezentate de dispozitive  electronice echipate cu interfete de retea wireless.

2.1 Standardul 802.11:

Standardul IEEE 802.11 include o familie de specificatii dezvoltate de grupul IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) . Obiectivul acestui standard este de a dezvolta un nivel MAC(Media Access Control) si un nivel Fizic care sa asigure conectivitate intre dispozitivele ce folosesc ca metoda de interconectare o retea wireless. In acest moment exista 6 specificatii ale standardului 802.11 si anume : 802.11 , 802.11a , 802.11b, 802.11e , 802.11g si 802.11n care urmeaza a fi ratificat in septembrie 2008[8].

802.11b:

Standardul 802.11b pentru retele wireless , cunoscut si sub denumirea de Wi-Fi (Wireless Fidelity) a fost ratificat in anul 1999 . El este primul sistem comercial de retea wireless care a fost adoptat la scara larga in lume, fiind compatibil retrograd cu standardul 802.11 si poate asigura rate de transfer de la 1 Mbps pana la 11 Mbps .

802.11b opereaza in banda de frecventa de 2,4 GHz ISM (Industriala , Știintifica si Medicala). Banda ISM este o parte a spectrului radio ce poate fi folosita de oricine fara a necesita obtinerea unei licente de transmisie , in majoritatea tarilor. Prima generatie de standarde wireless 802.11b , suporta trei specificatii de nivel fizic FHSS (Spectru imprastiat cu salt de frecventa) , DSSS ( Spectru imprastiat cu secventa directa) si IR (Infrarosu)[7]. Initial viteza de transmisie in cazul acestui standard a fost de 1-2 Mbps dar , in acest moment ea a ajuns la valoarea de 11 Mbps , in banda de 2,4GHz. Metoda de modulatie folosita la 802.11 este PSK (phase-shift keying) , pentru 802.11b se foloseste CCK(complementary code keying ), care permite o crestere a vitezei de transmisie si totodata este mai putin susceptibila la interferente determinate de propagarea pe mai multe cai. Aria de acoperire asigurata prin standardul 802.11b este de o suta de metri. Rata de bit depinde de distanta , cu cat distanta este mai mare intre transmitator si receptor , cu atat mai mica este viteza de transmisie. In tabelul urmator voi prezenta corespndenta intre rata de bit si metoda de modulatie :

Viteza de transmisie (Mbps)

Metoda de modulatie

Codarea canalului

1

BPSK

Barker(11 fragmente)

2

QPSK

Barker(11 fragmente)

5.5

QPSK

CCK(8  fragmente)

11

QPSK

CCK(8  fragmente)

Tabelul 2:   Rata de bit si metoda de modulatie la 802.11b

            Ca si celelalte standarde 802.11, 802.11b foloseste protocolul CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) , pentru controlul accesului la mediu de transmisie , adica accesul multiplu se realizeaza prin incercarea de a evita coliziunile pachetelor de date in mediu.

Astfel , o statie care are de transmis un pachet de date , va asculta prima data mediul wireless pentru a determina daca o alta statie transmite in acel moment , aceasta fiind portiunea carrier sense” a CSMA/CA de detectie a unei transmisii . Daca mediul este utilizat in acel moment , statia va initia un proces de intarziere a transmisiei ,de o durata aleatoare. Numai dupa ce aceasta intarziere de durata aleatoare expira, statia va putea asculta mediul de transmisie pentru a vedea daca este liber. Prin instituirea acestui mecanism de intarziere de duarata aleatoare se evita posibiliatea ca mai multe statii care asteapta sa transmita , sa faca acest lucru in acelasi timp.

           

            802.11a

            Standardul 802.11a reprezinta noua generatie de retele wireless . In comparatie cu 802.11b si 802.11 acesta are avantajele unei mai mari imunitati in ceea ce priveste interferentele si totodata o mai mare scalabilitate. Poate aigura viteze de transfer de pana la 54 Mbps.

            802.11a opereaza in banda de frecventa de 5 GHz care nu necesita licenta si ocupa 300 de MHz de largime de banda. FCC (Federal Commuications Commission ) adica Comisia Federala pentru Comunicatii a impartit acest total de 300 MHz in trei domenii disticte a cate 100 MHz , fiecare cu o putere de transmisie diferita. Banda „joasa” opereaza intre 5.15GHz si 5.25 GHz avand o putere de iesire maxima de 50 mW. Banda de “mijloc” opereaza la 5.25-5.35 GHz cu o putere maxima admisa de 250 mW, iar banda   inalta “ este cuprinsa intre 5.725 si 5.825 GHz iar puterea maxima admisa este de 1 W. Benzile de frecventa joasa si medie snt utilizate pentru transmisii wireless in cadrul cladirilor , pe cand banda inalta este mai potrivita pentru comunicatiile exterioare. Banda de vrecventa de 5 GHz este mai putin ocupata decat banda ISM de 2.4 GHz astfel probabilitatea de a avea interferente scade in comparatie cu banda ISM . Totodata , largimea de banda de 300 de MHz este de aproape patru ori mai mare decat largimea de banda disponibila la ISM si astfel se pot suporta rate de transfer mult mai mari.

            802.11a foloseste Multiplexarea prin divizarea ortogonala a frecventei OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ca metoda de transmisie.  Exista un total de 8 sub-canale care nu se suprapun definite in benzile joasa si medie fiecare avand o largime de banda de 20MHz . Fiecare din aceste canale sunt impartite in 52 de subpurtatoare , avand largimea de aproximativ 300 kHz. Bitii de informatie sunt codati si modulati in fiecare subpurtatoare , iar cele 52 de subpurtatoare sunt multiplexate si transmise in paralel. In concluzie ratele mari de bit se obtin prin combinarea mai multor subpurtatoare cu rata mica de bit. Transmisia simultana a mai multor suburtatoare face ca acest tip de retea sa fie mai scalabila decat alte tipuri de tehnici. Pentru a combate erorile de pe canal si pentru a creste calitatea transmisiei a fost introdusa metoda „corectiei inainte a erorii “ FEC (Forward Error Correction) . Un alt avantaj semnificativ a tehnicii OFDM este cresterea rezistentei la interferente din canalele care sufera o atenuare a semnalului. Datorita ratei de bit mici pe fiecare subpurtatoare , efectul de intarziere datorat imprastierii este redus , astfel fiind minimizat nivelul de interferente.

            Standardul 802.11a necesita ca dispozitivele dispozitivele de transmisie sa suporte viteze de transmisie de 6 , 12 si 24 Mbps , alte rate de bit superioare acestor valori fiind optionale. Aceste rate de bit diferite sunt rezultatul diferitelor metode de modulatie si de codare prezentate in tabelul 3.

Tabel 3 : Tipul de modulatie si de codare penru standardul 802.11a

Viteza de Transmisie (Mbps)

Modulatie

Rata e codare a canalului

6*

BPSK

1/2 cod convolutional

9

BPSK

3/4 cod convolutional

12*

QPSK

1/2 cod convolutional

18

QPSK

3/4 cod convolutional

24*

16 QAM

1/2 cod convolutional

36

16 QAM

3/4 cod convolutional

48

16 QAM

2/3 cod convolutional

54

16 QAM

3/4 cod convolutional

*:viteze obligatorii

 Acoperirea asigurata de 802.11a este similara cu cea de la 802.11b , dar avand viteze de transmisie semnificativ mai mari, o comparatie intre acoperirea si viteza de transmisie pentru standardele 802.11a si 802.11b este prezentata in Figura 1.

Figura 1 : Comparatie intre raza de acoperire si viteza de transmisie pentru standardele 802.11a si 802.11b.

            802.11a foloseste aceeasi tehnica de acces a mediului si pentru evitarea coliziunilor ca si 802.11b , adica CSMA/CA . Desi la nivel MAC cele doua standarde sunt identice , la nivel fizic diferentele intre cele doua sunt semnificative. In concluzie cele doua sisteme nu sunt compatibile , acest lucru facand migrarea de la 802.11b la 802.11 a mult mai dificila. Unele retele folosesc simultan cele doua tehnologii.

            802.11a este un standard de mare viteza si puternic scalabil, de retea wireless. Poate oferii rate de bit de pana la 54 Mbps pentru aplicatii care necesita banda larga . Un sistem 802.11a are o acoperire similara cu cea a unui sistem 802.11b dar asigura o viteza de transmisie mult mai mare. Foloseste tehnologia OFDM si are 8 canale care nu se suprapun , care determina o flexibilitate si o scalabilitate ridicata la implementare. Opereaza in spectrul de 5 GHz care este mai putin populat si astfel mai putin congestionat si mai putin susceptibil la interferente decat banda ISM. Avantajele vitezei , scalabilitatii si a imunitatii la interferense a facut din acest standard o potentiala solutie pentru retelele wireless.

            802.11g :

            Standardul 802.11g a fost aprobat de catre IEEE in anul 2003. El ofera rate de transmisie de pana la 54 Mbps , comparabile cu standardul 802.11a. Cea mai importanta caracteristica a acestui standard il reprezinta compatibilitatea retrograda cu standardul 802.11b care este implementat la scara larga.

            802.11g opereaza in banda ISM de 2,4 GHz , la fel ca si 802.11b. Acesta foloseste tehnologia de modulatie OFDM , folosita si la 802.11a. Suporta rate de bit ridicate , de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 si 54 Mbps. Cu scopul de a obtine compatibilitate cu 802.11b , acest standard suporta atat codarea Barker cat si modulatia CCK asigurand in acest mod viteze de transmisie de 1, 2, 5.5, 11 Mbps. Intre aceste rate de bit , cele de 1, 2 , 5.5 , 11, 6 ,12 si 24 sunt obligatori in realizarea transmisiei si receptiei . Similar cu standardul 802.11b ,802.11g are doar trei canale care nu se suprapun , astfel noul nivel fizic poarta denumirea de ERP (Extended Rate Physical)- nivel fizic cu rata de bit extinsa.

            802.11g foloseste aceeasi tehnica de acces a mediului , la nivel MAC , CSMA/CA .Fiecare pachet de date transmis prin standardul 802.11 este compus din preambul , header si informatie. La stadardul 802.11b preambulul lung (120 µs) este obligatoriu , in timp ce preambulul scurt(96 µs) nu este. In standardul 802.11g ambele preambuluri sunt suportate pentru a imbunatatii eficienta transmisiei si pentru a asigura compatibilitatea retrograda.

            Specificatiile pentru nivelul fizic sunt aproape aceleasi ca si la 802.11a, din acest motiv , ambele sisteme ar trebuii sa aiba capacitati si performante similare.  Cu toate acestea , performantele lui 802.11g sunt diferite de cele ale lui 802.11a din urmatoarele motive:

·        802.11g imparte acelasi spectru de frecventa de 2,4GHz cu 802.11b. Cand ambele tipuri de dispositive corespunzatoare celor doua standarde sunt prezente , este necesar un management si o coordonare adecvata intre dispozitivele de tipuri diferite pentru a evita coliziunile si interferentele. Impactul asupra performantelor dispozitivelor 802.11g poate fii semnificativ ,daca nu se iau anumite precautii. Pe de alta parte , 802.11a utilizeaza un alt spectru de frecventa si astfel nu necesita o coordonare cu alte tipuri de echipamente wireless.

·        Spectrul de frecvensa de 2,4GHz din banda ISM, folosit de 802.11g este mult mai congestionat decat spectrul de 5 GHz folosit de 802.11a. Atfel pentru 802.11g exista mai multe surse de interferente , ca dispozitivele Bluethooth , telefoanele fara fir si dispozitivele medicale pe baza de radio frecvente. Pentru dispozitivele 802.11a , de vreme ce spectrul de 5 GHz  nu se suprapune cu o banda ISM , nu exista la fel de multe surse interferenta de la alte dispositive.

·        Numarul de canale disponibile in banda de 2,4 GHz este mai mic decat numarul de canale din banda de 5 GHz. Astfel , exista doar trei canale care nu se suprapun pentru 802.11g , in comparatie cu 802.11a unde sunt treisprezece, ca urmare , pentru a acoperii necesitatile de capacitate si acoperire , la 802.11b se foloseste un factor mai mic de reutilizare a frecventei.

·        Pierderile de propagare la banda de 5 GHz sunt mai mari decat pentru banda de 2,4GHz , acest atu fiind unul important pentru standardul 802.11b.

2.2 Performantele sistemelor 802.11 :

2.2.1 Acoperirea si viteza de transmisie:

Rata de bit la sistemele 802.11 este dependenta de distanta de propagare a undelor radio. Rata de bit se alege in functie de puterea semnalului la receptie ,care sa asigure o anumita calitate a transmisiei.Se foloseste un algoritm de selectie a ratei de bit ,a carui calcul se bazeaza pe distanta si mediul de propagare. Criteriul de selectie este in mod obisnuit rata erorii pachetelor de date. In general se foloseste un prag limita de 10% pachete eronate . Rata de bit va creste pana se depaseste pragul de 10% a ratei a erorii pachetelor , moment in care rata de bit va scade pana la urmatoarea rata de bit mai mica.

Prin mai multe masuratori si simulari s-au obtinut rezultatele necesare evaluarii performantei ratei de bit in functie de acoperire la sistemele 802.11 , aceste rezultate sunt cuprinse in Tabelul 4 de mai jos. In urma acestor masuratori se pot face observatiile :

·        802.11a furnizeaza o acoperire comparabila cu cea asigurata de 802.11b de pana la 82 de metri intr-un mediu tipic de birou

·        Rata de transmsie la 802.11a este in medie de doua pana la 5 ori mai mare decat la 802.11b in cazul aceleasi arii de acoperire

·        802.11g asigura o acoperire comparabila cu cea furnizata de 802.11b

La distanta maxima , atat 802.11a si 802.11g asigura o viteza de transmisie de 6 Mbps , in comparatie cu 802.11b care asigura doar 2 Mbps la aceeasi distanta. La distante mai mici viteza de transmisie creste pentru 802.11a si 802.11g pana la 54Mbps , in comparatie cu 802.11b la care viteza de transmisie maxima este de 11 Mbps.

Tabelul 4: Comparatie intre rata de bit si distanta pe diferite sisteme 802.11

 

802.11a

802.11b

802.11g

Rata de bit (Mbps)

Distanta

(metri)

Rata de bit (Mbps)

Distanta

(metri)

Rata de bit (Mbps)

Distanta

(metri)

54

8

11

38

54

14

48

11

5,5

60

48

16

36

27

2

75

36

23

24

28,5

24

28

18

44

18

36

12

55

12

45

6

75

6

60

Valoarea ratei de bit ne permite sa observam cum diferitele sisteme wireless realizeaza un schimb pentru cresterea ariei de acoperire prin scaderea ratei de bit. O alta metrica importanta o reprezinta viteza de transmisie perceputa de catre receptor. Aceasta este definita ca fiind raportul intre rata de transmisie a unui bit de informatie supra durata transmisiei.

Figura 2 : Structura simplificata a unui cadru de date 802.11

 



Preambul

Overhead

Date

In figura 2 este prezentata structura unui cadru de date 802.11.Cadrul de date este fromat din : preambul, care este folosit pentru detectia semnalului, temporizare/achizitia de frecventa si sincronizare , al doilea segment se numeste “ overhead “ , si contine informatii despre rata de bit , lungimea pachetului si adrese. Al treilea segment numit MPDU (MAC Protocol Data Unit – Unitate de date a protocolului MAC) contine informatia propriu-zisa. Preambulul impreuna cu “overhead”-ul poarta denumirea de camp PLCP (physical layer convergence protocol – protocolul de convergenta a nivelului fizic).

Viteza de transmisie depinde de un numar de factori: rata de transmisie a datelor , supraincarcarea protocoalelor, eficienta MAC , preambul si marimea pachetului. Alti factori cum ar fi competitia intre utilizatori pentru acces la mediu , retransmisia datorata coliziunilor si eficientta protocoalelor superioare (TCP/IP) pot afecta viteza de transmisie. Ca rezultat al acestor factori , viteza de transmisie efectiva , perceputa de utilizator , este mai mica decat rata de transmisie a datelor.  

2.2.2 Impactul interferentelor asupra capacitatii canalului:

Capacitatea sistemului este o metrica importanta , cel mai ades folosita pentru evaluarea performantei unui system wireless. Capacitatea sistemului se refera in mod obisnuit la viteza de transmisie medie a unei intregi retele wireless , alcatuita din mai multe celule si utilizatori multipli.

Intr-o retea cu o singura celula , daca exista un singur utilizator , capacitatea sistemului este echivalenta cu viteza de transmisie receptionata de catre utilizator. Pentru utilizatori multipli , aflati intr-o singura celula , capacitatea sistemului este media vitezei de transmisie , cu care sunt receptionate datele de catre toti utilizatorii . O statie mobila aflata mai aproape de punctual de acces , va receptiona mult mai rapid datele decat o statie aflata la distanta mare de acesta. Viteza de traansmisie medie , este media vitezei cu care sunt receptionate datele de catre utilizatori , presupunand ca receptia la toti utilizatorii se face cu aceeasi viteza.Pe baza masuratorilor discutate la sectiunea precedenta , viteza de transmisie medie a unui sistem 802.11b cu o raza de acoperire de 80 de metri este de 3,1 Mbps, in timp ce viteza medie a unui sistem 802.11a este de 9,4 Mbps , adica de trei ori mai mare decat la 802.11b .Pe o raza de acoperire de 21 de metri viteza de transmisie medie pentu sistemele 802.11a este chiar de cinci ori mai mare decat la 802.11b.

La o structura de retea cu multiple celule de transmisie , interferentele cauzate de transmisiile altor celule vor avea un impact semnificativ asupra capacitatii sistemului. In cazul sistemelor 802.11b , deoarece exista doar trei canale de transmisie , canalul de frecventa va trebui sa fie reutilizat o data la fiecare trei celule . Celulele care impart aceeasi frecventa vor determina aparitia de interferente una fata de cealalta , determinand astfel o reducere substantiala a vitezei de transmisie a datelor. La sisteme 802.11a exista opt canale de frecventa disponibile pentru realizarea transmisiei, astfel ca impactul interferentelor intre canale este mai putin sever in comparatie cu sistemele 802.11b.

Simularile la nivel de sistem pot fi folosite pentru a realize o evaluare a vitezei de transmisie , cand aceasta este afectata de interferentele de canal. In primele faze de dezvoltare a standardului IEEE 802.11 , grupul de lucru care se ocupa cu acest lucru, a realizat un model al capacitatatii sistemului pentru a ecalua viteza de transmisie. Au fost propuse doua mecanisme pentru modelarea efectului interferentelor de canal asupra vitezei de transmisie

·        CCA (Clear Channel Assessment – Evaluarea canalului liber) – aceasta metoda modeleaza , reducerea vitezei de transmisie , in situatia in care un punct de acces trebuie sa astepte incheierea transmisiunii realizata de catre alt punct de acces , pentru a putea la randul sau sa inceapa transmisia datelor.

·        Cealalta metoda “Hidden Cell” – celula ascunsa , modeleaza situatia in care , semnalul emis de unele celulele nedetectate , corup viteza de transmisie .

Pentru a cuantifica interferenta de pe canal  , se defineste un parametru numit imunitatea la interferenta co-canal (CCI) ca fiind raporun dintre puterea purtatoarei si puterea interferentei:

CCI= Ppurt / Pinterf

Pentru a asigura un anumit nivel al calitatii serviciilor cum ar fi rata erorii per pachet (PER sub 10%) , este necesar ca imunitatea CCI sa fie satisfacuta pe toata suprafata celulei de transmisie. Metoda CCA poate fi folosita pentru detectarea unui nivel intolerabil a CCI , astfel , este definit un prag limita al CCA , care reprezzinta nivelul minim de interferenta intolerabila obtinut din imunitatea CCI,

PCCA= Plim – CCI (dB)

unde Plim este puterea purtatoarei , receptionate, la marginea celulei de transmisie. Este obligatoriu ca transmitatorul sa poata detecta pragul minim al interferensei intolerabile PCCA . Acest prag , definit prin formula anterioara este un prag ideal , in cazul sistemelor practice nivelul puterii purtatoarei va trebuii sa fie mai mare decat nivelul minim necesar detectiei purtatoarei . Astfel valoarea practica pentru CCA devine :

PCCA= max ( Plim , Pmin-purt) – CCI (dB)

Un exemplu de prag CCA si parametrii asociati lui este prezentat in tabelul 5 :

Parametrii

Valori

Sensibiliatate minima

-77 dBm

Imunitatea CCI

9 dB

Nivelul minim al purtatoarei

-82 dBm

Prag ideal CCA

-86 dBm

Prag practic al CCA

-82 dBm

Puterea la limita celulei Plim

-73 dBm

Unele studii  au demonstrat ca intr-o structura cu celule multiple , sistemul 802.11a poate atinge viteze de transmisie mult mai mari decat sistemele 802.11b , de aproape 8 ori mai mari. Aceasta imbunatatire a vitezei de transmisie este rezultatul ratei de bit mari oferite de sistemele 802.11a si datorita interferentelor de co-canal reduse , datorita numarului mai mare de canale disponibile in cazul acestui standard.

2.2.3 Performantele sistemelor mixte 802.11g si 802.11b:

Cu toate ca viteza mare de transmisie si compatibilitatea retrograda cu standardul 802.11b , au facut din 802.11g una dintre cele mai promitatoare tehnologii wireless, exista si unele neajunsuri care determina degradarea performantelor , in special in mediile de transmisie mixte 802.11b si 802.11g.

Pentru ca un dispozitiv 802.11 sa trimita un pachet de date , acesta trebuie sa acceseze canalul de transmisie conform cu protocolul MAC. Nivelul MAC foloseste CSMA/CA care incearca evitarea transmisiunilor simultane. Un dispozitiv poate transmite doar daca mediul de transmisie este liber , adica nici un alt dispozitiv nu transmite in acest timp.

Pe perioada accesarii canalului , timpul este contorizat folosind o unitate de baza , numita perioada de “slot” , valoarea acesteia depinde de modul de ]ncadrare a pachetelor de date la nivelul fizic , rata de transmisie si structura transmitatorului/receptorului. La standardul 802.11b perioada de “slot” este de 20µs , in timp ce la 802.11a aceasta are valoarea 9 µs si la 802.11g ambele valori sunt suportate.  Totusi , in cazul unui scenariu care contine un sistem mixt format din dispositive ce apartin standardelor 802.11b si 802.11g , standardul mai rapid 802.11g va fi nevoit sa foloseasca timpul de “slot “ mai mare de 20 µs pentru a se evita astfel tratamentul favorabil al dispozitivelor 802.11g. In cazul in care s-ar folosii perioade de “slot” diferite , dispozitivele 802.11g avand aceasta perioada mai mica vor fi prioritare la accesul mediului wireless si in acest caz ar putea aparea situatia in care dispozitivele 802.11b nu vor reusii deloc sa acceseze mediul de comunicare. Utilizarea perioadei de “slot” mai mare la sistemele 802.11g determina o scadere a vitezei de transmisie a acestora.

Semnalele OFDM transmise de dispozitivele 802.11g nu vor fi detectate de echipamentele 802.11b. Dispozitivele 802.11b vor presupune in mod incorect ca mediul de transmisie este liber , acest lucru determinand aparitia coliziunilor si in acest mod o scadere a vitezei de transmisie. Pentru a prevenii ca acest lucru sa se intample si totodata pentru a creste performantele sistemului de transmisie , standardul 802.11g impune utilizarea unui mecanism de protectie intr-un mediu de comunicare mixt 802.11b/g. Exista doua mecanisme de protectie specificate in standardul 802.11g , si anume : RTS ( Request-to-send – solicitare de transmisie)/CTS (Clear-to-send – liber sa transmita) respectiv CTS-catre sine.

In cazul mecanismului RTS/CTS , dispozitivul care intentioneaza sa transmita , trimite un mesaj RTS catre destinatie , adica o cerere de autorizare a inceperii transmisiei. Receptorul la randul sau trimite inapoi catre sursa un mesaj CTS prin care indica receptia mesajujui RTS si acordul pentru inceperea transmisiei datelor de catre sursa .Acest mesaj CTS este trimis catre toate dispozitivele din mediu de transmisie , pentru ca celelalte dispozitive sa stie ca are loc o transmisie si acestea sa intarzie inceperea unei transmisiuni pentru o perioada de timp care este definita in mesajul CTS. Dupa ce a receptionat mesajul CTS sursa va transmite datele si va astepta confirmarea de la receptor , pentru a fi sigura ca transmisiunea a fost realizata cu succes. Acest mecanism “ strangere de mana “ are ca rezultat un numar mai mic de coliziuni.

Daca este folosit mecanismul CTS-catre sine , punctul de acces va trimite un mesaj CTS cand doreste sa transmita dat , fara a primii inainte un pachet RTS.

Ambele mecanisme RTS/CTS si CTS-catre sine sunt utilizate petru reducerea coliziunilor , insa costul acestor mecanisme de protectie este cresterea timpului necesar transmiterii aceleasi cantitati de date intr-o perioada mai lunga de timp. Viteza de transmisie poate scade , in acest caz , cu pana la 30% .

2.2.4 802.16 si viitorul retelelor wireless:

            Standardul IEEE 802.16 este un standard pentru acces wireless de banda larga . Primul standard IEEE 802.16 , publicat in aprilie 2002 , defineste Interfata MAN wireless pentru retele metropolitane (MAN) fara fir. A fost proiectata ca o retea de viteza mare , costuri reduse si o solutie scalabila pentru extinderea retelelor centrale de fibra optica. Aceste sisteme sunt proiectate pentru a asigura accesul de “ultima mila“ la reteaua traditionala cablata.

802.16 suporta arhitecturi punct la multipunct in domeniul 10 – 66 GHz , asigurand viteze de transmisie de pana la 120 Mbps. La aceste frecvente , este necesara lipsa obbstacolelor din mediul de transmisie , din acest motiv , cele mai bune suprafete de instalare a antenelor sunt acoperisele cladirilor inalte. Statia de baza este conectata la o retea centrala cablata si poate transmite pe o raza de aproape 45 de kilometri si in acelasi timp suporta un numar foarte mare de accesari simultane.

802.16a publicat in ianuarie 2003 , opereaza la frecvente de 2 pana la 11 GHz , asigurand astfel compatibilitatea cu standardele 802.11. Datorita frecventelor joase , acest standard poate fi folosit si in medii mai putin libere , in care se pot intalnii obstacole. Nivelul fizic al 802.16a foloseste tehnica OFDM in mod similar cu standardele 802.11a si 802.11g.

Nivelul MAC al standardului 802.16 este foarte diferit de cel de la standardele 802.11. Acesta foloseste tehnica TDMA si poate aloca dynamic spatii detransmisie pentru statiile mobile. El suporta numeroase specificatii ale nivelului fizic , atat in cazul frecventelor care necesita licenta de transmisie , cat si in cazul frecventelor pe care se poate transmite fara licenta.

2.3 Modelul de referinta OSI (ISO)

In incercarea sa de standardizare a protocoalelor de comunicatie,  ISO  a propus  un model de retea, structurat pe  sapte niveluri ierarhice – model cunoscut sub numele de  modelul de referinta  ISO  pentru interconectarea sistemelor deschise  ISO Open Systems Interconnection  (OSI)  reference model  sau, mai pe scurt, modelul de referinta  OSI (ISO)  „ISO - OSI  reference model”.

Prin  sisteme deschise Open System (OS) se inteleg  sisteme care fac publice conceptul si toate detaliile lor de implementare, permitand atasarea de noi entitati care ii respecta regulile (deci extinderea sa cu usurinta) dar si participarea specialistilor la perfectionarea sa.

Numarul de  7 niveluri  pentru modelul de referinta  OSI (ISO)  a fost stabilit (prin negocieri al caror rezultat nu a intrunit o adeziune generala)  avand in vedere urmatoarele  considerente:

·        un numar prea mic de niveluri  implica  necesitatea gruparii unui numar excesiv de functii (servicii) intr-un acelasi nivel, rolul fiecarui nivel ne mai fiind astfel clar definit;

·        un numar prea mare de niveluri  obliga la  existenta unui numar mare de interfete intre ele, complicand excesiv circulatia informatiei utile in retea.

Modelul de referinta  OSI este reprezentat in  Figura 2 unde sunt indicate si denumirile unitatilor de informatie vehiculate (fizic sau virtual) la fiecare nivel ierarhic.

Figura 2 : Modelul de referinta OSI

Modelul OSI

 

Unitatea de date

Nivel

Functie

Nivele de host

Date

Aplicatie

Procese retea spre aplicatie

Prezentare

Reprezentarea si criptarea datelor

Sesiune

Stabilirea unei sesiuni de comunicatie

Segmente/Datagrame

Transport

Asigura conectivitatea de la sursa la destinatie si siguranta comunicarii

Nivele

Media

Pachete

Retea

Adresare logica si determinarea caii de transfer a datelor

Cadre (frame)

Legatura de date

Adresare fizica ( adressa MAC si LLC –logical link control ) .controleaza accesul la mediul de comunicare

Bit

Fizic

Mediul de transmisie , semnale si transmisie binara

In cele ce urmeaza, voi prezenta succint rolul fiecarui nivel ierarhic al modelului de referinta  OSI.

2.3.1 Nivelul fizic - physical layer:

Reprezinta interfata calculatorului sau terminalului cu canalul fizic/mediul de transmisie.Are sarcina de a transmite siruri de biti, convertindu-le in semnale care sa poata fi transmise eficient pe canalul fizic dintresursa si destinatie. Problemele ce trebuie rezolvate  la acest nivel sunt de natura electrica, mecanica, procedurala si functionala:

·        conversia bitilor in semnale electrice, optice sau electromagnetice - in functie de tipul canalului fizic (mediului) de transmisie utilizat - la emisie si reconversia acestora in siruri de biti la receptie;

·        alegerea nivelurilor de tensiune corespunzatoare valorilor logice  1  si  0 (in caz ca bitii informationali sunt transmisi ca atare) sau a parametrilor formelor de unda aferente combinatiilor unui anume numar de biti (in caz ca se utilizeaza metode de modulatie a semnalelor pe canalul fizic),  tinand cont de atenuarea introdusa de linia fizica;

·        asigurarea pastrarii formei de unda a semnalului propagat pe linie;

·        stabilirea duratei semnalelor in functie de viteza de transmisie pe linie;

·        modul de stabilire a unei conexiuni si de mentinere a ei, precum si de intrerupere a acesteia la terminarea comunicatiei;

·        posibilitatea transmisiei  duplex  sau  semi-duplex;

·        tipul conectorului de legatura la subreteaua de comunicatie, precum si numarul si configurarea pinilor acestuia, ca si rolul fiecarui pin.

In acest sens  au fost elaborate standarde privind semnalele electric si conectorii folositi la interfatarea calculatorului cu canalul fizic.Asociatia Industriilor Electronice din S.U.A. Electronic Industries Association (EIA) a elaborat un astfel de set de standarde (denumite initial cu acronimul  RS  [Recommended Standard] , iar recent cu initialele asociatiei si cu un numar de cod urmat de o litera care indica, in ordine alfabetica, a cata versiune este).Si ITU-T (CCITT) a elaborat standarde similare.

2.3.2 Nivelul legatura de date –data link layer :

Sarcina principala a  nivelului legatura de date (data link layer) este de a transforma un mijloc primar de transmitere a sirurilor de biti (adica ceea ce ofera legatura fizica controlata de  nivelul ierarhic 1 al retelei) intr-un veritabil canal – virtual – de transmitere a informatiilor, fiabil si fara erori, pus la dispozitia nivelului 3 –  pentru fiecare tronson de pe o cale de comunicatie dintre doi utilizatori,  facand ca o conexiune de nivel 3 sa fie insensibila fata de mediul si modul fizic de transmisie. In acest scop, la nivelul legatura de date se indeplinesc urmatoarele functii:

·        Stabileste adresele fizice (hard) ale dispozitivelor - calculatoare, terminale sau  IMP  - din retea;

·        Fragmenteaza informatia primita de la nivelul 3 in unitati de informatie numite cadre(frame)/blocuri (block) de ordinul sutelor de  octeti - byte,  pe care le transmite secvential. Intrucat nivelul fizic accepta si transmite siruri de biti fara a tine cont de semnificatia sau structura lor compozitionala, nivelului 2 ii revine sarcina de a marca si recunoaste  limitele cadrelor (framing),  fapt realizat prin  atasarea  unor succesiuni tipice  de  biti la inceputul si (eventual) la sfarsitul cadrului.

·        Solutioneaza problema alterarii sau chiar distrugerii cadrelor (din cauza perturbatiilor la care este supus canalul fizic)

2.3.3 Nivelul de retea (network layer) – numit si  nivelul subretelei de comunicatie (communication subnet layer) – controleaza operatiile din subretea, creand,  mentinand cat este necesar  si apoi intrerupand  o conexiune virtuala pentru  nivelul 4  intre utilizatorii finali. Principalele sale  functii  sunt:

·        Determinarea caracteristicilor de baza ale 'interfetei' calculator-IMP (adica a conexiunilor dintre calculator si  IMP, care se limiteaza doar la primele trei niveluri), repartizand  intre acestea sarcinile privitoare la asigurarea ajungerii corecte la destinatie a tuturor pachetelor.

·        Stabilirea adreselor logice ale calculatoarelor utilizatorilor finali  si  efectuarea conversiilor intre aceste adrese si adresele fizice ale respecivelor masini.

·        Alegerea  traseului/caii (route)/circuitului (adica a succesiunii de tronsoane de canal fizic pentru o pereche sursa-destinatie) optim pe care este vehiculat fiecare pachet sau toate pachetele unei sesiuni, de o maniera statica sau dinamica.

·        Rezolvarea  strangulatiilor (bottleneck) provocate de prezenta simultana a prea multe pachete in subretea, fie prin realegerea (adaptiva) a traseelor, fie cerand nivelului 4 sa opreasca temporar emisia mesajelor.

Asadar, nivelul de retea (3) raspunde, in principal, de alegerea traseelor mesajelor intre utilizatorii finali si modificarea acestora fie in sensul asigurarii unor cai optime, fie pentru rezolvarea unor situatii anormale in sub-retea.

2.3.4 Nivelul transport - transport layer:

Este primul dintre nivelurile de tip sursa-destinatie si cel care separa  nivelurile orientate pe aplicatii (nivelurile  5, 6 si 7) - menite sa asigure livrarea corecta a datelor intre calculatoarele interlocutoare -  de  cele destinate operarii subretelei (nivelurile 1, 2 si 3) -  responsabile cu vehicularea mesajelor prin retea (si care pot suferi modificari de implementare fara a influenta nivelurile superioare). In esenta, nivelul 4 preia informatia de la nivelul 5, o descompune, daca e necesar, in unitati mai mici (TPDU), si o trece nivelului 3, asigurand sosirea ei in forma corecta la destinatar.

Serviciile oferite de nivelul de transport  nivelului 5  sunt de tipurile:

·        conexiune de transport de tip punct-la-punct, fara eroare, ce transmite mesajele in ordinea in care au fost emise;

·        transportul unor mesaje izolate, fara garantarea ordinii la destinatar;

·        difuzarea de mesaje catre mai multi destinatari.

In plus,  nivelul 4  optimizeaza serviciile oferite de retea, pentru a satisface performantele cerute de  nivelul 5  la un cost minim.Astfel,desi, in conditii normale,  nivelul 4  creaza o unica conexiune de retea (de nivel 3)  pentru fiecare transfer de informatie cerut de  nivelul 5  intre doua calculatoare,  daca se solicita o comunicatie rapida, cu un transfer masiv de informatii intre aceste calculatoare, atunci  nivelul 4  poate crea mai multe conexiuni de retea (de nivel 3), divizand informatia pe aceste conexiuni.Pe de alta parte,  daca realizarea si mentinerea unei conexiuni de retea se dovedeste costisitoare,  nivelul 4  poate multiplexa mai multe conexiuni de transport (de nivel 4) pe o aceeasi conexiune de retea (de nivel 3) –  cu conditia ca multiplexarea sa fie transparenta pentru  nivelul 5.Pentru stabilirea unei conexiuni trebuie sa existe, la acest nivel, un 'mecanism' care sa permita procesului dintr-un calculator sa-si precizeze interlocutorul.

O alta problema ce apare la  nivelul 4  este aceea – ce se prezinta in cazul unui calculator lucrand multiprogramat, deci a existentei simultane a mai multor conexiuni de la un astfel de calculator la altele din retea – de a indica conexiunea careia ii apartine fiecare mesaj, ea se poate rezolva plasand o informatie corespunzatoare in antetul  H4 (HT).

In fine, trebuie ca si la acest nivel sa se prevada un 'mecanism' de control al fluxului de informatii, astfel incat un calculator rapid sa nu il inece pe un altul mai lent (controlul fluxului de informatii dintre calculatoare este  distinct de cel al fluxului de informatii dintre exhipamentele de retea –  desi pentru amandoua se aplica principii similare).

Asadar, rolul  nivelului 4  este de a stabili unde se afla partenerul de comunicatie si a controla transportul mesajelor intre interlocutori conform clasei de servicii selectate.

2.3.5 Nivelul sesiune - session layer:

Reprezinta (daca ignoram nivelul 6 ,care executa mai degraba anumite transformari ale informatiei) adevarata interfata a utilizatorului cu reteaua: cu acest nivel negociaza utilizatorul (un proces) pentru stabilirea unei conexiuni cu un alt calculator, conexiune ce permite nu numai un transport de date (ca la nivelul 4), ci si furnizarea unor servicii deosebite, utile pentru anumite aplicatii (ca, de exemplu, conectarea/atasarea de la distanta, prin intermediul retelei, a unui utilizator la un calculator lucrand multiprogramat sau transferul unui fisier intre doua calculatoare). Deci acest nivel are rolul de a stabili o sesiune intre utilizatori – operatie numita uneori si  stabilirea unei legaturi –  si de a administra (prin serviciile oferite) dialogul intre entitatile pereche de la  nivelul 6.

Stabilirea unei sesiuni este o operatie complexa. Utilizatorul care solicita o sesiune trebuie, mai intai, sa furnizeze adresa de sesiune la care doreste sa se conecteze (adresele de sesiune servind programelor utilizatorilor pentru a-si identifica partenerul, fara a fi insa necesara cunoasterea amplasamentului sau in retea – asa cum era necesar la nivelul 4 ,unde se asigura circulatia informatiilor intre locurile de amplasare ale dispozitivelor interlocutorilor, pe traseul sau traseele stabilite la nivelul 3. Una dintre functiile nivelului 5  este de a converti adresele de sesiune in  adresele corespunzatoare de transport.

Tot inaintea stabilirii sesiunii, dupa ce si-au identificat partenerul, cei doi interlocutori trebuie sa faca dovada ca au dreptul de a se angaja intr-o sesiune ,ceea ce se realizeaza cu ajutorul unei  parole iar apoi sa cada de acord asupra unui set de optiuni care sa devina operative in timpul desfasurarii sesiunii (ca, de exemplu, daca comunicatia se va face in semi-duplex ori in duplex).

Printre serviciile pe care le ofera acest nivel in scopul administrarii dialogului in cadrul sesiunii, mentionam:

·        Ordonarea dialogului pe legaturile semi-duplex.

·        Impiedicarea initierii simultane a unui acelasi tip de operatiune de catre ambii parteneri de dialog, in cadrul unor protocoale destinate legaturilor duplex; in acest sens, nivelul de sesiune  elaboreaza  un  mesaj de control  cu o structura speciala, numit  jeton [token], care este trecut de la un utilizator la celalalt si care da dreptul  numai posesorului sau  sa efectueze o anume operatie in cadrul sesiunii (metoda este cunoscuta ca  administrare prin jeton [token management]).

·        Incercarea de a reface – de o maniera transparenta – conexiunile de transport intrerupte.

·        Oferirea unor facilitati prin care sa se concateneze un grup de mesaje, astfel incat ele sa nu se transmita interlocutorului pana cand nu sunt toate disponibile; aceasta se face cu scopul de a ne asigura ca defectele din hardul sau softul retelei nu pot provoca abandonarea unei tranzactii complicate in mijlocul ei, lasand astfel baza de date asupra careia opereaza intr-o stare inconsistenta.

·        Asigurarea sincronizarii entitatilor pereche – operatie de o deosebita importanta, ca in cazul unui transfer masiv de date ce necesita o durata mare de transmisie, timp in care reteaua este posibil sa  'cada'; intr-o asemenea situatie, pentru a nu fi obligati la o reinitiere a intregii transmisii dupa fiecare abandonare a transferului (cu sanse mici de a fi incheiata cu succes – caci probabilitatea caderii retelei dupa acelati interval de timp ramane aceeasi), se introduce in sirul de date un  caracter de control [checkpoint], iar transferul se reia doar de la ultimul caracter de control receptionat corect.

Asadar,  nivelul 5  determina cine este interlocutorul si stabileste comunicatia intre aplicatii, coordonand si sincronizand dialogul. In unele retele, nivelul de sesiune (5) si cel de transport (4) sunt comasate intr-un singur nivel. Iar in retelele in care utilizatorii doresc doar o expediere de mesaje succesive, fara a pretinde din partea transmisiei functii orientate pe aplicatii, nivelul de sesiune poate lipsi cu totul.

2.3.6 Nivelul prezentare – presentation layer:

Spre diferenta de primele cinci niveluri, care aveau sarcina de a transfera corect si fiabil unitati de informatie dintr-un loc in altul al retelei,  nivelul de prezentare [presentation layer]  se ocupa de  semantica  si  sintaxa  informatiilor transmise, facand conversiile de  coduri de reprezentare a datelor numerice, sirurilor de caractere si comenzilor, precum si conversiile de formate ale fisierelor  de la reprezentarea utilizata intr-un calculator la cea standardizata pentru retea  si, in final, la cea utilizata in calculatorul interlocutor (reprezentare ce poate fi diferita de cea din primul calculator) – oferind astfel coerenta informatiilor pe care programele de aplicatii le schimba intre ele sau la care se refera in cursul dialogului lor  si, totodata,  o  independenta a utilizatorilor fata de caracteristicile eterogene ale echipamentelor.

Pentru rezolvarea acestor probleme,  nivelul 6  ofera o serie de functii, solicitate atat de frecvent incat se justifica solutionarea lor de o maniera profesionista si unica pentru toate retelele  (in loc de a lasa pe fiecare utilizator sa le solutioneze in felul lui)  si plasarea lor intr-o biblioteca de subprograme, de unde pot fi apelate de utilizatori.

Printre transformarile oferite ca servicii de catre nivelul 6 se afla:

·        Conversia codurilor de reprezentare a caracterelor – de exemplu, din  ASCII [American (National) Standard Code for Information Inter-change] (cod pe 7 biti plus un bit de control al paritatii) in  EBCDIC [Extended Binary Coded Decimal Interchange Code]  (cod pe 8 biti, elaborat de  IBM)  si  vice-versa.

·        Conversia formatelor fisierelor, atunci cand aceste formate sunt diferite la cele doua calculatoare intre care se face transferul.

·        Conversia caracterelor de control pentru terminale eterogene: sfarsit de linie  - la tastaturi;

deplasare cursor, defilarea paginilor [scrolling] - pe monitoare, setul de caractere tiparite –  la imprimante.

·        Criptografierea / cifrarea [encryption] si respectiv  decriptarea / descifrarea [decryption] mesajelor  in vederea pastrarii secretului asupra unor informatii sau  pentru limitarea accesului la acestea.

·        Comprimarea datelor , tinand cont ca majoritatea utilizatorilor de programe de aplicatii schimba intre ei nu siruri aleatoare de biti, ci secvente de simboluri, dintr-un set finit (si relativ restrans), ce alcatuiesc informatiile vehiculate (precum: nume proprii, date calendaristice, apeluri, valori numerice in anumite formate s.a.), utilizand adesea cuvinte si chiar fraze tipice, consacrate simbolurile utilizate au frecvente de aparitie diferite,simbolurile apar intr-un anumit context.

In concluzie,  nivelul 6  se ocupa de modul cum arata interlocutorul, efectuand conversia structurilor de date.

2.3.7 Nivelul aplicatie - application layer :

Ofera utilizatorilor (mai exact, programelor de aplicatii ale acestora)  posibilitatea de acces la retea, cu toate seviciile pe carea aceasta i le poate furniza. Aici se face  selectia serviciilor –  in functie de necesarul de comunicatie al aplicatiilor – si se hotaraste multimea mesajelor permise,  ca si actiunea intreprinsa la receptionarea fiecaruia din ele.

In principiu, continutul  nivelului 7  ar trebui lasat la latitudinea utilizatorilor, dar si la acest nivel apar o serie de probleme generale, pentru a caror solutionare au fost concepute, de catre firme specializate, produse soft bine puse la punct si conforme cu standardele elaborate de  ISO. Mentionam succint cateva astfel de probleme, de care utilizatorii trebuie sa tina cont la elaborarea protocoalelor pentru acest nivel  sau  sa faca apel la produsele concepute de firme in acest sens:

Rezolvarea incompatibilitatilor terminalelor folosite: solutia adoptata consta in definirea unui terminal abstract – numit  terminal virtual (de retea)  – identic pentru toti utilizatorii, cu care sa poata opera programele de editare sau de alt tip.Cu ajutorul unor mici programe de instalare, se face corespondenta intre functiile acestui terminal virtual si cele ale terminalului real in cauza,  facand implementarea terminalului transparenta pentru utilizatori si permitand astfel o  unica varianta de protocol  pentru orice tip de terminal din retea. In cazul transferului de fisiere    al carui protocol tine de nivelul de aplicatie –  trebuie rezolvata problema incompatibilitatii conventiilor de notatii, reprezentari, ca si de formate ale acestor fisiere.Utilizarea protocoalelor specifice pentru domeniul in care se inscrie aplicatia    industrial, economic, bancar, postal, transporturi, turism, etc. –  pentru a beneficia din plin de facilitatile generale si particulare cu care ele opereaza  si pentru  apelarea de la distanta a aplicatiilor.

Partitionarea – de o maniera automata – a problemelor intre resursele retelei, in scopul obtinerii unui maxim de eficienta.La acest nivel se pot afla si  functiile de gestionare a retelei.

            Standardele de servicii si protocoale ,elaborate de  ISO  pentru  nivelul 7 al modelului de referinta  OSI  sunt numeroase  si se inscriu in  doua categorii:

A)        Standarde utilizate in diferite aplicatii,

B)        Standarde specifice anumitor tipuri de aplicatii.

Deci  nivelul 7  permite accesul utilizatorilor la retea si selecteaza serviciile de comunicatie pentru aplicatiile care sunt destinate a rula in retea.

 2.4 Arhitectura unei retele bazata pe standardul 802.11

2.4.1 Aspecte generale:

            Blocul fundamantal in arhitectura standardului 802.11 este reprezentat de Setul de Serviciu de Baza – BSS. Acesta reprezinta un grup de statii care lucreaza conform uneia dintre functiile de coordonare mentionate anterior: DCF sau PCF. 􀂾 Aria geografica acoperita de BSS este numita Basic Service Area (BSA) si este analogica unei celule din comunicatiile celulare. Toate statiile dintr-o BSS pot comunica direct cu oricare alte statii din BSS. Totusi, fadingul si interferentele care pot aparea intre BSS vecine care utilizeaza aceiasi parametrii pentru nivelul fizic (frecventa si cod de imprastiere) pot face ca anumite statii sa apara ascunse pentru celelalte statii.[1]

            Conform standardului 802.11 se disting doua tipuri de retele locale:

                        retele ad-hoc;

                        retele infrastructurale.

            O retea ad-hoc (BSS independente) este o grupare a statiilor intr-un singur BSS (fig.4) cu scopul comunicarii inter-retele fara ajutorul unei retele infrastructurale. Orice statie poate stabili o sesiune de comunicatie directa cu alta statie fara a fi necesara directionarea traficului printr-un punct de acces (AP) centralizat.

Fig. 2.1 Model de retea ad-hoc

             In opozitie cu retelele ad-hoc, retelele infrastructurale au scopul sa serveasca utilizatori cu servicii specifice si cu extinderea zonei. Aceste retele se constituie utilizandu-se un AP (Access Point).

            Acces Point-ul  permite extinderea zonei prin conectarea intre mai multe BSS formand un Set de Serviciu Extins (ESS). ESS poate apare ca un BSS mai larg pentru subnivelul LLC (Logical Link Control) din fiecare statie. ESS consta din mai multe BSS care pot coopera utilizand un system de distributie (DS) implementat independent (poate fi Ethernet LAN, token ring, LAN FDDI, MAN sau alt mediu fara fir IEEE 802.11).

            Sistemul de distributie este utilizat pentru transferul pachetelor intre diferite BSS. ESS poate oferi si accesul pentru utilizatorii retelei fara fir la o retea cu fir cum ar fi Internetul. Aceasta se realizeaza printr-un dispozitiv numit portal care specifica punctul de interconectare din DS unde reteaua IEEE 802.11 interactioneaza cu o retea de alt tip. Daca noua retea este IEEE 802.X atunci portalul incorporeaza functii similare cu un pod (bridge). In figura este dat un ESS realizat cu doua BSS, un DS si acces printr-un portal la o retea LAN cu fir.

Fig. 2.2 Model retea de tip infrastructura

           

2.4.2 Nivelul fizic la 802.11

Standardul original 802.11 recomanda trei tipuri de implementari ale nivelului fizic :

                                 i.            FHSS (Frequency hopping spread spectrum) – Spectru imprastiat cu salt de frecventa

                               ii.            DSSS (Direct sequence spread spectrum) – Spectru imprastiat cu secventa directa

                              iii.            Lumina IR (Infrarosie)

In sistemele FHSS , frecventa la care sunt transmise datele se modifica dupa un model cunoscut atat de transmitator cat si de receptor. Datele sunt transmise pe o anumita frecventa pentru o anumita perioada de timp fixa, dupa care se comuta pe frecventa urmatoare pentru o alta perioada de timp . In versiunea europeana a standardului 802.11 sunt specificate un numar maxim de 79 de frecvente apartinand unui set de salt. Saltul de frecventa definit in standardul 802.11 este un salt de frecventa lent deoarece schimbarea frecventelor se face lent in comparatie cu rata de transmisie a unui symbol. Standardul specifica trei seturi diferite de modele de salt , avand 26 de modele in fiecare set. Diferitele modele de salt , permit BSS-urilor (Basic Service Set - set de servicii de baza)  sa coexiste simultan in aceeasi arie geografica avand un nivel minim de interferente pe acelasi canal.

La sitemele DSSS , simbolul transmis este modulat printr-o secventa de imprastiere in banda larga . Pentru un receptor neintentionat , semnalul DSSS apare ca zgomot de banda larga de mica putere. Insa receptorul corespunzator , care cunoaste secventa de imprastiere , va putea din zgomotul de banda larga sa reconstruiasca simbolul emis . Spre exemplu , pentru 802.11b , secventa binara de 1 Mbps este codata folosind BPSK (binary phase shift keying) . Fiecare simbol este imprastiat , dupa o secventa Baker de 11 fragmente. Banda totala de frecventa ocupata fiind de 11 MHz.

            Exemple:

·        DS:

                        - WaveLAN - At&T

                        - Solektec AIRLAN - AT&T

·        FH:

                        - Xircom Netwave

                        - Proxim RangeLAN/2

            Aceste sisteme necesita numai omologarea modelului de catre administratia radio a tarii unde se instaleaza. Au dezavantajul ca au statut de utilizator secundar, cu alte cuvinte pot exista si alti utilizatori in aceiasi banda.

            Sistemele care folosesc IR lucreaza cu lungimi de unda intre 850 si 950 nm. Aceste sisteme se utilizeaza in interiorul cladirilor si opereaza cu transmisiune nedirectionala. Statiile pot receptiona transmisiuni in vizibilitate directa sau reflectate. Pentru viteza de acces de baza de 1 Mb/s se foloseste tehnica de modulatie 16-PPM (Pulse Position Modulation). Pentru 2 Mb/s se utilizeaza 4-PPM;

            Exemple:

·        Photonics Collaborative / Cooperative




·        IBM

Grupul de lucru care sa ocupat cu dezvoltarea standardului IEEE 802.11 , a permis utilizarea mai multor tipuri de niveluri fizice (medii) , pentru a putea exploata la maxim avantajele oferite de fiecare.Dezavantajul determinat de aceasta situatie a fost cresterea complexitatii interoperabilitatii si a costurilor dezvoltarii echipamentelor compatibile cu fiecare tip de mediu de transmisie.

In seria de standarde ce a urmat standardului original 802.11 , a fost specificat un singur tip de nivel fizic. La 802.11b nivelul fizic foloseste doar tehnologia DSSS. Pentru ratele de bit de 1 Mbps si 2 Mbps se foloseste codul Barker pentru imprastiere si codare. Pentru ratele de bit de 5,5 si 11 Mbps se foloseste modulatia CCK, cu scopul de a obtine o mai buna protectie impotriva interferentelor datorate multiplelor cai de transmisie. La 802.11a , nivelul fizic foloseste tehnologia OFDM , in timp ce 802.11g foloseste atat OFDM cat si DSSS pentru a putea fii compatibil cu 802.11b.  O alta optiune pentru 802.11g este o metoda hibrid intre CCK si OFDM. In acest caz , header-ul pacheului este transmis intr-o singura frecventa radio (CCK) , iar datele sunt transmise pe frecvente multiple (OFDM) . Aceasta varianta a fost proiectata pentru a evita coliziunile cu transmisiunile realizate de sisteme 802.11b. Header-ul CCK va avertiza sistemele 802.11b ca are loc o transmisie de date.

          2.4.3 Nivelul MAC (Medium Acces Control) la 802.11:

Nivelul MAC este responsabil pentru:

·        procedurile de alocare a canalului,

·        adresarea unitatilor de date de protocol (PDU),

·        formarea cadrelor, controlul erorilor,

·        fragmentarea si reasamblarea.

Mediul de transmisiune poate opera in doua moduri:

·        modul concurential CP (contend period), cand statiile isi disputa accesul la canal pentru fiecare pachet transmis, sau

·        modul neconcurential CFP, cand utilizarea mediului este

                  controlata de AP.

IEEE 802.11 accepta trei tipuri de cadre:

·        de management (pentru asocierea statiilor cu AP, sincronizare si autentificare),

·        de control (pentru negocieri in timpul CP respectiv pentru confirmari in timpul CP si spre sfarsitul CFP);

·        de date (pentru transmisie de date si date combinate cu interogari si confirmari in timpul CFP).

Formatul cadrului (fig.2.3) cuprinde:

·        adrese MAC de 48 de biti pentru identificarea statiilor,

·        2 octeti pentru specificarea duratei cat canalul va fi alocat pentru transmiterea cu succes a unei MPDU (MAC Protocol Data Unit),

·        campul de date cu posibilitate de criptare daca protocolul optional WEP (Wired Equivalent Privacy),

·        2 biti pentru tipul cadrului (de control, de management sau de date)

·        un CRC de 32 de biti.

Fig. 2.3 Formatul cadrului conform standardului IEEE 802.11

             2.4.4 Varianta Distibuted Coordination Function (DCF)

            DCF este metoda fundamentala de acces utilizata pentru transferal asincron al datelor. Toate statiile au implementata aceasta varinata. Ea poate opera singura sau poate coexista cu PCF. DCF are la baza un algoritm cu detectia purtatoarei si evitarea coliziunilor CSMA/CA).

Nu se utilizeaza CSMA/CD deoarece statia care transmite nu poate sa asculte canalul. Detectia purtatoarei este facuta:

·        fizic, la interfata radio (physical carrier sensing)

·        logic, la subnivelul MAC (virtual carrier sensing).

            Detectia fizica a purtatoarei se face detectand prezenta altor utilizatori WLAN prin analiza tuturor pachetelor detectate si prin detectia activitatii in canal observand puterea relativa a semnalului ce poate proveni de la alte surse.

Fig. 2.4 Arhitectura MAC

Detectia virtuala a purtatoarei se face prin transmiterea unei informatii cu privire la durata MPDU in antetul RTS (request to send), CTS (clear to send) si in cadrele de date. Reamintesc ca MPDU este o unitate completa de date transmisa de subnivelul MAC nivelului fizic. Aceasta informatie reprezinta timpul (in microsecunde) cat canalul va fi utilizat pentru transmiterea cu succes a datelor sau cadrelor de management, incepand de la sfarsitul cadrului curent.

        Statiile din BSS utilizeaza informatia privitoare la durata pentru actualizarea unui vector de alocare in retea (NAV), care indica timpul care trebuie sa treaca pana cand sesiunea de transmisiune e completa si canalul poate intra in modul LIBER(IDLE).

            Canalul e marcat ocupat daca mecanismul de detectie a purtatoarei (fizic sau virtual) indica acest lucru. Accesul cu prioritati la mediu e controlat prin intervalele de timp

plasate in spatiu intre cadre. Intervalele dintre cadre, ‘intraframe space’ (IFS), sunt perioade de timp liber pentru transmisiune si pot fi de trei tipuri: SIFS (Short IFS), PIFS (Point Cordination Function IFS) si DIFS (DCF-IFS). Statiile care necesita un SIFS au prioritate in transmisiune fata de statiile care asteapta PIFS sau DIFS. Cand statia sesizeaza canal liber, asteapta o perioada de un DIFS si testeaza canalul din nou. Daca acesta e liber, statia transmite un MPDU. Statia destinatie verifica daca pachetul a fost transmis corect si in caz de receptie corecta, asteapta un SIFS si transmite un cadru de confirmare pozitivan(ACK) catre statia sursa.

            Cand se transmit cadre de date, campul de durata e utilizat pentru a informa toate statiile din BSS cat timp este ocupat mediul de transmisiune. Toate statiile isi ajusteaza indicatorul NAV in functie de campul de durata, plus intervalele SIFS si intervalele necesare pentru ACK.         

           

In figura 2.5 este data o diagrama de timp ilustrand transmiterea cu succes a unui cadru de date.

Fig. 2.5 Transmiterea unui MPDU fara RTS/CTS

            Deoarece statia sursa nu-si poate asculta transmisiunea, cand apar coliziuni, statia continua sa transmita MPDU. Daca acesta este lung se pierde timp de transmisiune pentru un MPDU eronat. Acest inconvenient poate fi eliminat daca statiile isi rezerva canalul inaintea transmisiunii prin intermediul cadrelor de control RTS si CTS. Aceste cadre sunt relativ scurte (RTS – 20 octeti si CTS – 14 octeti) comparativ cu lungimea maxima a unui cadru de date (2346 octeti). Cadrul de control RTS, transmis de statia sursa, contine date sau cadre de management pregatite pentru transmisiune catre o statie destinatie.

            Toate statiile din BSS, asculta pachetul RTS, citesc campul de durata si isi ajusteaza NAV-ul. Statia destinatie raspunde cu un pachet CTS dupa o perioada de asteptare de un SIFS. Statiile care aud pachetul CTS isi ajusteaza NAV corespunzator. Dupa receptia CTS statia sursa este asigurata ca mediul este stabil si rezervat pentru transmiterea unui MPDU .

Fig.2. 6. Transmiterea unui MPDU folosind RTS/CTS

           

Statiile pot alege sa utilizeze sau nu acest mecanism functie de lungimea MPDU (RTS – Threshold). Daca apar coliziuni pe durata unui RTS sau CTS acestea conduc la o

pierdere mai mica de timp. Totusi, pentru un mediu putin incarcat se introduc intarzieri suplimentare datorate cadrelor RTS/CTS.

            Unitatile lungi de date transmise de la LLC la MAC pot necesita impartirea in fragmente pentru a creste fiabilitatea transmisiunii. Se compara unitatea de date cu un parametru (Fragmentation –Threshold) si, daca acesta este depasit, se transmit fragmente de

MPDU in mod secvential. Canalul este eliberat numai dupa ce s-a transmis cu succes tot MPDU sau daca statia sursa nu a primit confirmare pentru un fragment.

            Confirmarea se transmite de la statia destinatie pentru fiecare fragment receptionat corect. Statia sursa mentine controlul asupra canalului, dupa o confirmare ACK, asteapta un SIFS si transmite fragmentul urmator. Atunci cand nu este primita confirmarea unui fragment, statia sursa intrerupe transmisia si cere acces la canal, urmand sa reia transmisia de la ultimul fragment neconfirmat.

Fig. 2.7 Transmiterea unui MPDU fragmentat

            Daca se utilizeaza RTS si CTS, numai primul fragment este transmis folosind acest mecanism. Campul de durata din RTS si CTS acopera transmiterea primului fragment. Statiile din BSS isi mentin NAV prin extragerea informatiei din fragmentele urmatoare.

            Evitarea coliziunilor la revenire in CSMA/CA se realizeaza cu o procedura aleatoare.

O statie asteapta pana cand canalul devine liber si calculeaza un timp aleator pentru revenire.

Spre deosebire de S-Aloha unde cuanta de timp era egala cu durata transmiterii unui pachet, in IEE 802.11 lungimea unui segment este mult mai mica decat durata unui MPDU si este utilizata prin definirea intervalelor IFS si a timpilor de revenire.

            Timpul de revenire este un numar intreg de cuante de timp (initial intre 0 si 7). Dupa ce mediul devine liber mai mult de un DIFS, statiile decrementeaza contorul de revenire pana cand acesta devine zero sau mediul este din nou ocupat. Daca mediul devine ocupat, contorul este inghetat urmand sa fie decrementat dupa ce mediul devine liber din nou. Atunci cand contorul ajunge la zero, statia transmite cadrul. Daca doua sau mai multe statii au decrementat contorul la zero in acelasi timp apare o coliziune si fiecare statie trebuie sa-si genereze un nou timp de revenire in intervalul 0-15. Pentru fiecare incercare de retransmitere timpul de revenire creste cu [22+i rand ] Slot – Time, unde i este numarul de incercari consecutive, rand este o variabila aleatoare uniforma in intervalul (0,1) iar    [ ]  reprezinta partea intreaga. Perioada de timp libera de dupa un DIFS este numita fereastra de concurenta, (contention window - CW).

            Avantajul DCF consta in aceea ca asigura un acces cu sanse egale pentru toate statiile. Totusi ea nu poate garanta o intarziere minima pentru statiile cu servicii in timp real (pachete de voce sau video).

           

2.4.5 Point Coordination Function (PCF) :

            PCF este un serviciu optional, orientat pe conexiune, care asigura transferul cadrelor neconcurential (contention-free CF). Se bazeaza pe coordonatorul de punct (PC) pentru realizarea interogarilor si pentru a permite accesul statiilor la canal.Functia de coordonare (PC) este realizata de AP (acces point) in interiorul fiecarui BSS.  

            Statiile care sunt capabile sa opereze in perioada de CF (CFP) sunt cunoscute ca statii CF-aware. Metodele de mentinere a tabelelor cu secventele de interogare sunt la latitudinea implementatorului. PCF trebuie sa coexiste cu DCF si din punct de vedere logic este o

organizare superioara acesteia.

            PCF se repeta dupa un interval stabilit de un parametru, CFP-Rate. O parte din acest interval este alocata traficului PCF, iar timpul ramas este alocat DCF. Intervalul de repetitie este initiat cu un cadru de balizare (B – beacon) transmis de AP cadru care are si functie de sincronizare. Durata intervalului de repetitie a CFP este un parametru determinat

prin stabilirea CFP-Rate si este intotdeauna un numar intreg de cadre B.  Durata minima a acestuia este timpul de transmitere a doua MPDU de dimensiune maxima plus cadrul B si cadrul CF-End, iar maximul este stabilit de CFP-Max-Duration si nu poate depasi intervalul de repetitie a CFP minus timpul necesar transmiterii unui MPDU in CP (incluzand cadrele RTS/CTS si ACK). De aceea timpul trebuie alocat astfel incat cel putin un MPDU sa

poata fi transmis in CP. Depinde de AP sa stabileasca cat de mare sa fie CFP. Daca traficul

este mic, AP poate scurta CFP si ofera restul de timp pentru DCF.  CFP poate fi scurtat si daca traficul DCF din intervalul precedent se intinde in intervalul curent.

           

In figura 2.8 este ilustrata coexistenta PCF si DCF.

Fig. 2.8 Coexistenta PCF si DCF

 2.5 Protocoale de rutare pentru retelele Wireless ad-hoc :

           

            Retelele wireless ad-hoc reprezinta o tehnologie ideala pentru dezvoltarea retelelor de comunicare instanta pentru aplicatiile civile si militare. Pe masura ce creste marimea unei retele wireless ad-hoc multi hop, scade lungimea de banda disponibila pentru utilizatorul mobil. Cauzele principale ale unei astfel de degradari includ si overhead-ul controlului excesiv al traficului necesar pentru a mentine tabelele de routare exacte in conditii de mobilitate si dificultatea de a garanta o lungime de banda pentru o ruta cu multe hopuri wireless.

            Exista multe protocoale de routare pentru retelele wireless ad-hoc. Ele se pot clasifica in 4 tipuri:

  • globale
  • routare la cerere (on demand) – folosind frecvente separate ale retelei radio
  • routare in functie de locatie
  • flooting

            Aceste moduri de abordare presupun ca reteaua este omogena. Toate nodurile dintr-o retea omogena au aceeasi capacitate de transmisie, folosesc aceeasi frecventa si aceeasi schema a canalului de acces. Dintre cele patru tipuri, routarea la cerere este cea mai recenta care a intrat in clasa de routare wireless scalable. Scazand cerintele de mentinere a rutelor pe toate nodurile, routarea la cerere evita overhead-ul de routare excesiv. Intr-un cuvant, se construieste o ruta spre o destinatie specifica doar atunci cand acest lucru este necesar. Totusi, routarea la cerere nu este buna in retelele mari in care traficul este foarte mare ( traficul mare va afecta overhead-ul de rutare). Astfel structurile omogene nu pot fi scalabile in retele wireless ad-hoc mari.

Protocolul DSR

            Routarea de la sursa reprezinta o tehnica de rutare prin care expeditorul pachetului determina secventa completa a nodurilor prin care este expediat pachetul. Expeditorul specifica in mod explicit aceasta ruta in antetul pachetului, identificand fiecare hop prin adresa nodului urmator la care trebuie sa fie trimis pachetul in drumul sau catre hostul destinatie. Un aspect foarte important este ca protocolul DSR nu foloseste mesaje periodice de rutare. In schimb, cand un host are nevoie de o ruta catre un alt host, aceasta o determina in mod dinamic pe baza informatiilor memorate in cache si pe baza rezultatelor procesului de descoperire de rute.

            Protocolul de rutare dinamica de la sursa (DSR) este un protocol de rutare simplu si eficient destinat pentru folosirea in retelele fara cablu ad-hoc multihop cu noduri mobile. Nodurile retelei coopereaza pentru a-si trimite pachete unele altora, permitand astfel realizarea comunicarii intre noduri care nu se afla unul in zona de transmisie a celuilalt. Din moment ce nodurile retelei fie intra fie ies din retea si conditiile transmisiunilor fara cablu(sursele de interferenta) sunt foarte schimbatoare, rutarea va fi determinata si mentinuta in mod automat de catre protocolul DSR. Numarul si succesiunea nodurilor intermediare de care este nevoie pentru ca pachetul sa ajunga la destinatie se pot schimba oricand, deoarece topologia retelei se schimba foarte des. De aceea, protocolul DSR furnizeaza servicii cu reactie rapida pentru a asigura expedierea cu success a pachetelor de date in ciuda miscarii nodurilor sau a altor schimbari ale conditiilor din retea.[2]

            Protocolul de rutare dinamica DSR ofera niste avantaje fata de protocoalele de rutare conventionale, de exemplu cel cu vectori distanta dintr-o retea ad-hoc. In primul rand, spre deosebire de protocoalele de rutare conventionale, protocolul DSR nu foloseste mesaje de avertizare periodice, reducand astfel incarcarea lungimii de banda a retelei, mai ales in perioadele in care are loc putina miscare (sau chiar deloc). De asemenea se conserva bateria hosturilor mobile, tot datorita faptului ca nu sunt transmise mesaje de avertizare si ca acestea nu trebuie primate. In schimb, la rutarea cu vectori distanta si cu starea legaturilor, hosturile trebuie ss continue sa transmita mesaje periodice chiar si atunci cand nu se schimba nimic, pentru ca celelalte hosturi mobile sa considere in continuare acele rute sau legaturi ale retelei drept valide.

            In plus, multe dintre legaturile vazute de algoritmul de rutare pot fi redundante. Retelele cablate, de obicei, sunt configurate astfel incat vor avea doar un router(sau un numar mic de routere) care sa interconecteze doua retele, dar in retelele ad-hoc nu exista legaturi explicite si toata comunicarea se realizeaza prin transmisii broadcast. Rutele redundante din mediul wireless duc la cresterea numarului actualizarilor de rutare care trebuie trimise in cadrul retelei si la cresterea overhead-ului CPU necesar pentru a procesa fiecare actualizare si pentru a calcula noi rute.

            Protocoalele de routare conventionale pe baza de algoritmi care folosesc starea legaturilor sau vectorii distanta pot returna niste rute care nu functioneaza. Intr-un mediu wireless transmisia dintre doua hosturi s-ar putea sa nu functioneze la fel de bine in ambele directii datorita modurilor de propagare diferite sau tiparelor de interferenta dintre cele doua hosturi. De exemplu, la rutarea cu vectori distanta, desi un host a primit un anunt de routare de la un alt host mobil, pachetele ar putea sa ajunga inapoi la hostul respectiv pentru ca transmisia lor nu s-a putut realiza. Protocolul DSR nu are nevoie ca transmisiile intre hosturi sa se realizeze bidirectional, desi acest lucru se va folosi atunci cand este permis, de exemplu, de catre protocoalele de la nivelul MAC (cum ar fi MACA sau MACAW).

            In ultimul rand protocoalele de rutare conventionale nu sunt destinate sa faca fata schimbarilor dinamice ale tipologiilor care pot avea loc in retelele ad-hoc. In retelele conventionale, legaturile dintre routere, ocazional, scad sau cresc, iar, uneori costul unei legaturi se poate schimba datorita congestiei, dar routerele in general nu se misca. Intr-un mediu in care routele sunt reprezentate de catre hosturi mobile, convergenta la noi cai stabile dupa astfel de schimbari dinamice in topologia retelei poate fi inceata, mai ales in cazul algoritmilor cu vectori distanta. Protocolul de rutare dinamica se poate adapta repede la schimbari, cum ar fi miscarea hosturilor, si nu se va produce overhead-ul protocolului de rutare in perioadele de timp in care nu au loc schimbari.

            Protocolul DSR este compus din doua mecanisme care, lucrand impreuna, permit descoperirea si mentinerea rutelor intr-o retea ad-hoc:

  • Descoperire de rute (Route Discovery) este mecanismul prin care un nod S, care doreste sa trimita un pachet la nodul destinatie D, obtine o ruta pana la D. Descoperirea de rute este folosita doar atunci cand S vrea sa expedieze un pachet lui D, dar nu cunoaste nici o ruta pana la el.
  • Intretinerea rutelor este un mechanism prin care nodul S care foloseste o ruta catre D, poate detecta daca topologia s-a schimbat in asa fel incat sa nu mai poata folosi aceasta ruta la D pentru ca o conexiune nu mai este functionala. Cand procesul de intretinere a rutelor indica faptul ca o ruta furnizata de sursa nu este buna, S poate folosi orice alta ruta catre D pe care o cunoaste sau poate apela din nou la procesul de descoperire de rute pentru a gasi o noua ruta catre D pentru pachetele urmatoare. Intretinerea rutelor se realizeaza atunci cand S trimite efectiv pachete catre D.

            In rutarea dinamica de la sursa, descoperirea de rute si intretinerea lor functioneaza doar la cerere. Spre deosebire de celelalte protocoale, protocolul DSR nu are nevoie de nici un fel de pachete trimise periodic la nici unul din nivelurile retelei. De exemplu, in rutarea DSR nu este nevoie de nici un fel de mesaje periodice de anuntare a rutarii, de depistari a starilor legaturilor sau de pachete de detectare. Acest comportament in intregime la cerere si lipsa acestor activitati periodice fac ca numarul pachetelor overhead provocate de rutarea dinamica sa se reduca la 0, in conditiile in care toate nodurile sunt aproximativ stationare unul fata de altul si toate rutele necesare comunicarii curente au fost deja descoperite. Daca nodurile incep sa se deplaseze sau daca se schimba tiparele comunicarii, atunci overhead-ul protocolului DSR va creste pana va ajunge la valoare maxima, caz in care trebuie sa se realizeze depistarea tuturor rutelor curente ale retelei. Schimbarile din topologia retelei care nu afecteaza rutele actuale sunt ignorate si nu provoaca nici o reactie din partea protocolului.

            Ca rezultat al procesului de descoperire de rute, un nod poate invata si stoca rute multiple catre orice destinatie. Acest support de rute multiple permite protocolului sa reactioneze mult mai repede la schimbarile de rutare, deoarece un nod care are memorate mai multe rute catre o destinatie poate incerca alte rute daca se intampla ca cea folosita sa nu mai fie valida. Expeditorul pachetului alege si verifica ruta folosita pentru pachetele proprii. In plus, toate rutele folosite au garantia de a fi fara bucle, deoarece expeditorul va evita hop-urile care se repeta din rutele alese.

2.6 Securitatea retelelor wireless :

            Retelele wireless sunt relativ mai putin sigure decat cele cablate, datorita accesului mai facil la retea al persoanelor neautorizate aflate in zonele de acoperire ale punctelor de acces. Exista, implicit in implementarea retelelor wireless, diferite bariere care formeaza asa numita securitate de baza a retelelor wireless, care impiedica accesul neintentionat al persoanelor straine de retea, aflate in aria de acoperire a unui punct de acces. Pentru persoane rau intentionate, cu buna pregatire in domeniu, de tipul hackerilor, securitatea acestor retele, ca de altfel si a altora, este discutabila.

            Barierele de securitate (securitatea de baza) care au fost prevazute in protocoalele retelelor Wi-Fi asigura un nivel relativ scazut al securitatii acestor retele, ceea ce le-a franat intrucatva dezvoltarea. In iunie 2004, s-a adoptat standardul 802.11i care imbunatateste securitatea retelelor wireless.

            Securitatea de baza a retelelor wireless este asigurata de urmatoarele functii implementate:

·        SSID (Service Set Identifiers);

·        WEP (Wired Equivalent Privacy);

·        Verificarea adresei MAC (Media Acces Control).

            SSID este un cod care defineste apartenenta la un anumit punct de acces wireless. Toate dispozitivele wireless care vor sa comunice intr-o retea trebuie sa aiba SSID-ul propriu, setat la aceeasi valoare cu valoarea SSID-ului punctului de acces pentru a se realiza conectivitatea. In mod normal un punct de acces isi transmite SSID-ul la fiecare cateva secunde. Acest mod de lucru poate fi stopat, astfel incat o persoana neautorizata sa nu poata descoperi automat SSID-ul si punctul de acces. Dar, deoarece SSID-ul este inclus in beacon-ul1 oricarei secvente wireless, este usor pentru un hacker dotat cu echipament de monitorizare sa-i descopere valoarea si sa se lege in retea.

            WEP poate fi folosit pentru a ameliora problema transmiterii continue a SSID-ului prin criptarea traficului dintre clientii wireless si punctul de acces. Se realizeaza prin aceasta o autentificare printr-o cheie (shared-key authentication). Punctul de acces transmite clientului wireless o provocare pe care acesta trebuie s-o returneze criptata. Daca punctul de acces poate decripta raspunsul clientului, are dovada ca acesta poseda cheia valida si are dreptul de a intra in retea. WEP dispune de doua posibilitati de criptare – cu cheie de 64 de biti sau de 128 de biti. Desigur, WEP nu asigura o securitate prea mare. Hackerul dotat cu echipament de monitorizare poate receptiona si inregistra intai provocarea plecata de la punctul de acces apoi raspunsul criptat al clientului si, pe baza unor procesari se poate determina cheia pe care apoi o poate folosi pentru a intra in retea.

            Verificarea adresei MAC. Se poate spori securitatea retelei, daca administratorul de retea utilizeaza filtrarea adreselor MAC, adica punctul de acces este configurat cu adresele MAC ale clientilor carora le este permis accesul in retea. Din nefericire, nici aceasta metoda nu asigura o securitate prea mare. Un hacker poate sa inregistreze secvente din trafic si, in urma unor analize, poate sa extraga o adresa MAC pe care ulterior o poate folosi pentru a intra in retea.

Imbunatatiri ale securitatii retelelor

            802.1x. Este un standard de control al accesului in retea bazat pe porturi. El asigura per utilizator si per sesiune o autentificare mutuala puternica. In functie de metoda de autentificare utilizata 802.1x poate asigura si criptarea. Pe baza IEEE Extensible Authorization Protocol (EAP), 802.1x permite punctului de acces si clientilor din retea sa foloseasca in comun si sa schimbe chei de criptare WEP in mod automat si continuu. Punctul de acces actioneaza ca un proxy server, efectuand cea mai mare parte a calculelor necesare criptarii. Standardul 802.1x suporta managementul centralizat al cheilor de criptare din retea.

            WPA (Wi-Fi Protected Acces). A fost introdus ca o solutie intermediara la criptarea WEP dupa ce standardul IEEE 802.11i a fost ratificat. Cand WPA este implementat, punctul de acces permite numai accesul clientilor care dispun de fraza de trecere corecta. Cu toate ca WPA este mai sigura decat WEP, atunci cand cheile sunt memorate si la clienti, furtul unui dispozitiv-client poate permite hotului accesul in retea. WPA suporta atat autentificarea cat si criptarea. Autentificarea realizata cu ajutorul cheilor prestabilite este cunoscuta ca WPA Personal. Cand este realizata conform standardului 802.1x, este cunoscuta ca autentificare WPA Enterprise. WPA ofera ca algoritm de criptare TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), precum si noul algoritm de integritate numit Michael. WPA face parte din standardul 802.11i.

            802.11i. In iunie 2004 IEEE a ratificat elementele de baza ale standardului 802.11i cunoscut si ca WPA2. Standardul 802.11i inlocuieste formal WEP si toate celelalte proceduri de securitate ale standardului 802.11(a,b,g). WPA2 este o certificare de produs pentru echipamentele wireless compatibile cu standardul 802.11i. Aceasta certificare asigura suport si pentru proceduri de securizare suplimentare ale standardului 802.11i care nu sunt incluse in WPA. WPA2 ca si WPA suporta procedeele de autentificare Personal si Enterprise. WPA2 contine imbunatatiri care faciliteaza roamingul rapid pentru clientii wireless aflati in miscare. Permite o preautentificare la punctul de acces catre care se deplaseaza clientul, mentinand inca legatura cu punctul de acces de la care pleaca.

Capitolul 3 :Implementarea retelelor wireless :

3.1 Planificarea sistemelor de retele wireless :

            3.1.1 Consideratii cu privire la locatie :

           

            Primul lucru care trebuie determinat este unde va fi desfasurat sistemul , ce arie trebuie sa acopere , si care este capacitatea acestuia, in vederea satisfacerii nevoilor utilizatorilor . In cazul unei retele ce urmeaza a fi implementata intr-o cladire foarte utile vor fi planurile si schitele acesteia.

            Pentru un sistem WISP (Wireless Internet Servicce Provider – furnizor de servicii Internet fara fir) va fi necesara identificarea ariei de acoperire pe o harta sau o poza realizata la inaltime. Aceasta arie va trebui sa fie inspectata , cu scopul descoperirii stalpilor si cladirilor inalte , care vor putea fi folosite in vederea amplasarii echipamentelor wireless pe acestea. Selectia acestor locatii se face din puctul de vedere al radio frecventelor , adica unde se va obtine o eficienta maxima a propagarii undelor radio.[3]

            Modelul Longley-Rice prezice pierderile de transmisie mediana pe termen lung pentru un teren iregulat , comparativ cu pierderile de transmisie intr-un spatiu liber. Modelul a fost proiectat pentru frecvente cuprinse intre 20 MHz si 40 GHz , si suprafete de propagare pornind de la 0.1 km pana la 2000 km. Acest model foloseste datele reale din teren si poate prezice puterea semnalului median pe baza distantei si a obstacolelor din teren.

            Deoarece undele radio sunt continuu afectate de procesul de imprastiere , semnalul se propaga intr-un flux continuu si este afectat de atenuarea determinata de mediu inconjurator , astfel este recomandata luarea in considerare a unei atenuari de 8-10 dB pentru un punct de acces aflat in aer liber la alegerea acestuia. Totodata si peretii unei cladiri determina atenuarea semnalului , astfel pentru peretii construiti din lemn se considera o atenuare de aproximativ 5-7 dB , iar pentru cladirile cu fatade de sticla si beton , atenuarea introdusa de acestea  poate depasii 25 dB. Acesti factori se vor scade din sensibilitatea receptorului , astfel pentru un sistem 802.11b sensibilitatea receptorului poate varia intre -92dBm pentru o capacitate de transfer de 1Mbps si -83dBm la o viteza de transmisie de 11 Mbps. Daca se foloseste o antena directionala Yagi avand un castig de 15 dB , acesta se poate aduna sensibilitatii receptorului obtinandu-se un castig total de -107 dBm, in acest mod nu se obtine o crestere a sensibilitatii receptorului , ci se mareste castigul lantului de transmisie .

            Dupa identificarea locatiei unde va fi pozitionat echipamentul de retea , se va realiza un model Longley-Rice de propagare a undelor radio , acest lucru permitand anticiparea suprafetei ariei de acoperire si care sunt echipamentele cele mai potrivite pentru a fi instalate in acel loc.

3.1.2 Identificarea echipamentelor:

Dupa determinarea necesitatilor utilizatorilor, realizatorul retelei wireless trebuie sa identifice echipamentele necesare realizarii acesteia in asa fel incat nevoile utilizatorilor sa fie satisfacute complet.Oricum acestea nu reprezinta singurele criterii de selectie a echipamentelor de retea , mai sunt luate in considerare la alegerea echipamentelor si aria de acoperire a retelei , impactul asupra mediului , costul si fiabilitatea .

            Intr-un sistem hotspot , de dimensiuni mici , echipamentul de emisie trebuie selectat in asa fel incat sa fie compatibil cu dispozitivele utilizatorilor , in plus acesta trebuie sa incorporeze majoritatea caracteristicilor unui echipament de retea pentru a face posibila comunicarea cu alte retele si pentru a administra utilizatorii conectati la sistem.

            Pentru un sistem LAN de dimensiuni mai mari , selectia echipamentelor se va face dupa criterii mai complexe. Standardul se va alege astfel incat sa se obtina un echilibru intre soluta tehnica si cost . Daca se va alege un standard mai nou , costurile acestuia vor fi ridicate , datorita raspandirii scazute si a pretului ridicat al echipamentelor, dar in acelasi timp acesta va oferii o capacitate de transfer ridicata , o eficienta spectrala mai mare si o arie de acoperire mult mai mare.

            Sistemul de transmisie al unui furnizor de servicii Internet wireless va fi si mai complex. Deoarece standarde precum 802.11 au fost proiectate pentru retele locale fara fir , ele nu au fost optimizate pentru a servi suprafete mari si utilizatori dispersati. In timp, sistemele 802.11 au fost adaptate la pentru a functiona la nivelul unui furnizor de servicii Internet wireless , dar o solutie mai recenta este mult mai eficienta , singurul neajuns al solutiilor noi il reprezinta costul ridicat al acestora. Deoarece echipamentele 802.11 se produc in masa , ele sunt foarte ieftine si pot fi procurate foarte usor.

            In plus ,datorita operatiilor pe care trebuie sa le realizeze un echipament al unui furnizor de servicii Internet wireless, acesta trebuie sa fie instalat in aer liber , astfel el trebuie sa reziste rigorilor mediului exterior . Intretinerea dispozitivelor WISP este mult mai dificila in special daca acestea sunt montate pe stalpi inalti.

            3.1.3 Identificarea locatiei echipamentelor:

            Dupa alegerea echipamentelor , urmeaza pozitionarea acestora in asa fel incat sa se obtina o eficienta maxima. Determinarea pozitiei antenei de transmisie este cel mai important lucru, pentru a obtine o implementare a sistemului wireless cat mai de succes. O locatie optima asigura mai multe avantaje , cum ar fi , acces usor la o sursa de alimentare , acces usor la echipamentele de retea cu care antena trebuie interconectata , suprafata ariei de acoperire este maximizata datorita lipsei interferentelor si antena poate fi usor instalata si securizata.

            In cazul unei retele LAN wireless de dimensiuni medii si mari , largimea de banda alocata unui singur utilizator va fi mai mare decat largimea de banda alocata unui utilizator care acceseaza ocazional Internetul . In functie de densitatea utilizatorilor pe aria de acoperire , este posibila folosirea mai multor statii de transmisie , deoarece capacitatea de transmitere a unei singure statii poate fi depasita daca numarul de utilizatori este prea mare.

            Primul obiectiv care trebuie indeplinit in proiectarea unei retele WLAN este obtinerea unei capacitati de transfer per utilizator suficient de mare. Daca se cunoaste capacitatea de transfer medie necesara unui utilizator si capacitatea de transfer totala a unei statii de transmisie , se poate obtine numarul maxim de utilizatori pe care ii poate suporta o statie de transmisie , putandu-se astfel determina plasamentul optim al antenei acesteia pe a deservi corespunzator utilizatorii. Spre exemplu , pentru un sistem 802.11 simetric , care suporta trafic in ambele sensuri simultan  si are o capacitate de transfer de 200 kbps per utilizator , un punct de acces va permite conectarea in acelasi timp a 10 – 15 utilizatori. Pentru a limita numarul de utilizatori deserviti de o statie de transmisie este necesara alegerea corespunzatoare a antenei sau diminuarea puterii de transmisie a statiei , obtinandu-se astfel o reducere a ariei de acoperire si implicit a numarului de utilizatori daca se ia in considerare ca acestia nu sunt masati intr-un singur loc aflat in aria de acoperire a statiei. Standardul 802.11b nu permite un numar ridicat de utilizatori per statie datorita capacitatii de transfer reduse a acestuia , o alegere mai potrivita in acest caz o reprezinta standardele 802.11a si 802.11g care asigura o capacitate de transfer ridicata si totodata aria de acoperire este mai mica decat la 802.11b obtinandu-se o capacitate de transfer per utilizator mai ridicata.

            Dupa rezolvarea problemelor legate de acoperire in raport cu capacitatea de transfer medie per utilizator, se poate planifica locatia fiecarei statii radio . La alegerea locatiei se va urmari accesul usor la alimentare , usurinta accesului la echipamente pentru intretinere, evitarea obiectelor massive de metal si pozitionarea centrala fata de aria care se doreste a fi acoperita.

3.1.4 Alocarea canalelor

            Numarul de canale de transmisie disponibile intr-un sistem este determinat de trei lucruri : spectrul de unde radio disponibil , capabilitatile din punct de vedere al radio frecventelor ale echipamentelor folosite si interferentele externe.

Interferentele , indiferent de sursa lor , vor avea un impact negativ asupra ariei de acoperire a retelei wireless si asupra abilitatii acesteia de a asigura largimea de banda maxima pe suprafata pentru care a fost proiectata. Pentru izolarea semnalelor care sunt emise pe acelasi canal se foloseste apertura antenei , inclinarea acesteia si separarea ariilor de acoperire a fiecarei statii de transmisie.

            Deoarece statia de transmisie a retelei wireless este pozitionata la o anumita elevatie fata de nivelul la care se afla echipamentele utilizatorilor , inclinatia antenei devine un factor important in optimizarea ariei de acoperire si in minimizarea interferentelor. Inclinarea antenei se poate realiza in doua moduri : mecanic si electric. Inclinarea mecanica este folosita doar in cazul antenelor directionale , si se realizeaza prin montarea fizica a antenei in asa fel incat aceasta sa fie inclinata spre sol cu un anumit numar de grade. Inclinarea electrica este obtinuta prin modul de proiectare al antenei , aceasta metoda putand fii aplicata atat in cazul antenelor directionale cat si in cazul antenelor omni directionale. Numarul de grade de inclinatie se calculeaza cu formula :

arctg (I/D)

unde „I ” reprezinta inaltimea efectiva ,iar „D” este distanta de la antena pana la limita ariei de acoperire.

            Prin folosirea inclinatiei antenei cu scopul de a maximiza densitatea energiei transmise intr-o anumita zona , undele radio emise de aceasta antena nu vor mai cauza interferente in alte zone , acoperite de alte statii de transmisie.

           

3.1.5 Interconectarea retelelor

            In cazul retelelor wireless de dimensiuni mici , conectarea punctului de acces la o retea cablata principala si implicit la Internet se face usor , prin intermediul unui cablu CAT5 , daca distanta dintre echipamentul wireless si router-ul Ethernet la care se conecteaza acesta este de maxim 100 de metri , aceasta fiind lungimea maxima a unui cablu CAT5.

            In cazul retelelor wireless care acopera o arie mai extinsa , cum ar fi WLAN-urile dintr-o cladire sau dintre cladiri alaturate , interconectarea echipamentelor se poate face prin fibra optica , standardul Ethernet pentru acest tip de cablaj fiind 10BASE-FL si 100BASE-FX. Pentru sistemele WISP, adica sistemele de comunicatie ale furnizorilor de servicii Internet wireless , datorita ariei de acoperire foarte mare a acestora , interconectarea echipamentelor prin fibra optica sau prin alt tip de cablaj poate fi realizata cu mari dificultati datorita distantelor mari care trebuie parcurse . Din acest motiv , interconectarea sistemelor wireless pe distante mari se face prin dispozitive radio.  Legatura dintre doua echipamente radio este o legatura punct la punct ( “point-to-point link”) , acest tip de legatura realizeaza transmisia datelor atat in bande de frecvente radio care necesita eliberarea unei licente cat si in bande de frecventa fara licenta. Viteza de transmisie pentru comunicarea intr-o banda de frecventa fara licenta este cuprinsa intre 1 Mbps si 50 de Mbps , iar in cazul unei benzi de frecventa care necesita obsinerea unei licente de comunicatii vitezele de transmisie pot ajunge pana sute de Mbps.

            Un alt tip de topologie folosita la implementarea comunicarii intre statiile de transmisie dintr-o retea wireless estte “hub and spoke” , aceasta topologie presupune existenta unei statii centrale la care sunt conectate celelelalte statii care alcatuiesc infrastructura de baza a retelei. Antenele directionale sunt dispozitivele folosite pentru realizarea unei asemenea topologii , reducandu-se astfel interferentele si determinand o rata de transfer superioara.

            Un concept important ce trebuie luat in considerare cand este vorba despre conexiunile de baza dintre statiile de transmisie ale unei retele wireless , il reprezinta redundanta. Deoarece aceste legaturi sunt folosite pentru transmisia datelor din retele diferite , caderea unui punct din aceasta infrastructura de baza va avea efecte deosebit de daunatoare , izoland practic retelele pe care le interconecta. Caderea unui singur punct de legatura dintr-o retea poate fi remediata prin implementarea legaturilor redundante.

3.2 Operatii de baza in functionarea retelelor wireless:

3.2.1 Descrierea generala a operatiilor:

Pentru a trimite un pachet catre un alt host, expeditorul construieste ruta in antetul pachetului, trecand adresa fiecarui host din retea prin care pachetul ar trebui expediat pentru a ajunge la hostul destinatie. Apoi expeditorul transmite pachetul prin interfata sa de retea catre primul hop identificat in ruta de la sursa. Atunci cand un host primeste un pachet, daca hostul nu este destinatia finala a pachetului, acesta il va trimite pur si simplu catre urmatorul hop identificat in ruta din antetul pachetului. O data ce pachetul ajunge la destinatia sa finala, este trimis catre software-ul nivelului retea al hostului.

Fiecare host mobil care participa intr-o retea ad hoc pastreaza un cache de rute in care sunt memorate rutele pe care le-a invatat. Atunci cand un host trimite un pachet catre un alt host, expeditorul verifica mai intai cache-ul sau de rute pentru a gasi o ruta catre destinatie. Daca se va gasi aceasta ruta, expeditorul o foloseste pentru a trimite pachetul. Daca nu gasesc nici o ruta, expeditorul va incerca sa descopere una folosind mecanismul de descoperire de rute. In timp ce asteapta descoperirea unei rute, hostul isi pote continua prelucrarile si poate trimite sau primi pachete de la alte hosturi.

Hostul poate adauga pachetul original in buffer, cu scopul de a-l expedia odata ce va invata o ruta cu ajutorul procesului de descoperire de rute sau poate renunta la pachet, bazandu-se pe software-ul protocolului de nivel superior pentru a retrimite pachetul, daca este nevoie. Fiecare inregistrare din cache-ul de rute are asociata o perioada de expirare, dupa care va fi stearsa din cache.

Atata timp cat un host foloseste o ruta de la sursa, acesta va monitoriza operatia de continua corectare a rutei . De exemplu, daca expeditorul, sau oricare dintre hosturile care reprezinta hopuri de-a lungul rutei, ies din raza de transmisie wireless a hopului anterior sau a celui urmator, acea ruta nu mai poate fi folosita pentru a expedia pachete la destinatie. O ruta devine invalida si daca hosturile care se afla de-a lungul ei sufera o cadere sau sunt oprite. Aceasta monitorizare a procesului de corectare a rutelor folosite o vom numi intretinerea rutelor. Atunci cand procesul de intretinere a rutelor detecteaza o problema de-a lungul rutei folosite, se va apela la descoperirea unei noi rute corecte catre destinatie.

 3.2.2 Descoperirea rutelor :

Cand un nod sursa creeaza si trimite un nou pachet catre un nod destinatie, acesta plaseaza in antetul pachetului o  ruta de la sursa care contine secventa de hopuri pe care trebuie sa o parcurga pachetul pentru a ajunge la destinatie. In mod normal, expeditorul va obtine ruta potrivita din cache-ul sau de rute care contine rutele invatate anterior. Daca nu va gasi o ruta in cache, nodul va initia procesul de descoperire de rute pentru a obtine in mod dinamic o noua ruta catre destinatie. Astfel vom denumi nodul sursa inttiator, iar nodul destinatie, tinta descoperirii de rute.

De exempu, presupunem ca nodul A vrea sa descopere o ruta catre nodul E. Procesul de descoperire de rute initiat este descris in figura 3.1 .

Fig. 3.1

Pentru a lansa o descoperire de rute, nodul A trimite un pachet Route Request care va fi primit de toate nodurile care se afla in raza de transmisie a acestui nod in acel moment, inclusiv  de catre nodul B din exemplu. Fiecare Route Request va contine sursa si tinta descoperirii de rute, precum si un identificator unic al pachetului( in exemplul nostru va fi 2) stabilit de catre initiatorul pachetului. De asemenea, fiecare pachet contine o inregistrare in care se adauga adresa fiecaarui nod intermediar prin care va trece o copie a acestui pachet Route Request. Aceasta inregistrare a rutelor se initializeaza cu o lista vida. Cand un nod primeste pachetul Route Request (de exemplu, nodul B), daca este tinta descoperirii de rute, va trimite initiatorului un pachet Route Reply continand o copie a inregistrarii rutelor acumulate din Route Request. Cand initiatorul primeste acest Route Reply, va memora ruta in cache-ul sau de rute pentru a putea trimite alte pachete la aceeasi destinatie.

In cazul in care nodul este unul intermediar, daca a primit un pachet Route Request pe care l-a mai vazut de curand ( o solicitare de ruta este vazuta de curand daca nodul are informatii despre ea in tabela Route Request), va declansa o alta solicitare de ruta de la acelasi initiator cu acelasi identificator si aceeasi tinta. Daca adresa acestui nod mai apare o data in inregistrarea rutelor, atunci nodul va renunta la aceasta solicitare. In caz contrar nodul va adauga adresa proprie in inregistrarea de rute din pachetul Route Request si il va expedia mai departe prin transmitere broadcast. In exemplul de mai sus nodul B va trimite broadcast pachetul Route Request, care va fi primit de nodul C. La fel si nodurile C si D vor transmite broadcast pachetul, pentru ca, in cele din urma, nodul E sa primeasca o copie a pachetului.

In ceeea ce priveste trimiterea pachetului Route Reply initiatorul descoperirii de rute (respectiv nodul E raspunde nodului A), nodul E va examina cache-ul sau de rute pentru a gasi o ruta catre A si daca o gaseste o va folosi ca ruta pentru transmiterea pachetului Route Reply. Daca nu gaseste o ruta inapoi, E ar trebui sa initieze un proces de desoperire de rute, dar pentru a evita declansarea unui infinit de descoperiri de rute, pachetul Route Reply trebuie sa fie trimis piggyback in pachetul care contine propria lui solicitare de ruta. De asemenea, este posibil sa se trimita piggyback si alte pachete de date mici, cum ar fi pachetul TCP SYN.

Nodul E ar putea pur si simplu sa inverseze secventa de hopuri din inregistrarea de rute si sa o foloseasca ca pentru o ruta pentru pachetul Route Reply. Pentru protocoalele MAC (cum ar fi IEEE 802.11) care folosesc schimbul de cadre bidirectional, noua ruta descoprita trebuie inversata pentru a putea trimite pachetul Route Reply inapoi initiatorului, deoarece ruta descoperita este validata ca fiind bidirectionala inainte ca initiatorul descoperirii de rute sa inceapa sa foloseasca aceasta ruta. Inversarea rutei evita si overhead-ul provocat de o a doua descoperiri de rute.

Cand se lanseaza o descoperire de rute, nodul expeditor pastreaza o copie a pachetului original intr-un buffer local numit Send Buffer. Buffer-ul contine copiile fiecarui pachet care nu a putut fi trimis de nodul respectiv pentru ca nu se cunoaste inca o ruta catre destinatia pachetului. Fiecarui pachet din buffer i se asociaza ora la care a fost depus in buffer si va fi eliminat din buffer atunci cand este depasit un anumit termen(SendBufferTimeout). Pentru a evita umplerea buffer-ului, acesta poate fi inlocuit cu o coada (FIFO) pentru ca pachetele sa poata fi scoase inainte de expirarea timpului.

In perioada in care pachetul este pastrat in buffer, nodul trebuie sa lanseze o noua descoperire de rute pentru adresa destinatie a pachetului. Totusi, nodul trebuie sa restrictioneze rata cu care se lanseaza noi procese de descoperire de rute pentru aceeasi adresa, deoarece este posibil sa nu se poata ajunge la nodul destinatie. Datorita razei de transmisie limitate si deplasarii nodurilor, reteua poate fi uneori partitionata, ceea ce inseamna ca nu exista nici o secventa de noduri prin care un pachet sa poata fi trimis la o anumita destinatie. Tiparul deplasarii si densitatea nodurilor sunt cele care determina partitionarea retelei.

Daca a fost lansata o noua descoperire de rute pentru fiecare pachet trimis de un nod intr-o astfel de retea partitionata, atunci un numar mare de pachete Route Request nefolositoare vor fi propagate in portiunea de retea accesibila nodului respectiv. Pentru reducerea overhead-ului provocat de astfel de procese de descoperire a rutelor, un nod trebuie sa foloseasca un algoritm exponential de back-off care st limiteze rata de lansare de noi descoperiri de rute pentru aceeasi destinatie, dubland perioada de timp dintre doua descoperiri succesive. Daca un nod va incerca sa trimita pachete de date la aceeasi destinatie mai repede decat ii permite aceasta ruta, aceste pachete ulterioare vor fi pastrate in buffer pana cand va primi un pachet Route Reply care contine o ruta catre destinatia dorita, nodul neputand lansa noi descoperiri de rute pana nu trece perioada de timp stabilita intre doua descoperiri succesive.

   3.2.3 Intretinerea rutelor:

            La crearea sau expedierea unui pachet folosind o ruta de la sursa, fiecare nod care transmite pachetul trebuie sa confirme ca datele pot trece prin conexiunea dintre nodul respectiv si cel urmator. De exemplu, in situatia prezentata in figura 3.2 nodul A a creat un pachet pentru nodul E si doreste sa-l expedieze folosind ruta care trece prin nodurile intermediare B, C si D.

Fig. 3.2

            Nodul A este responsabil de legatura dintre A si B, nodul B este responsabil de legatura dintre B si C, nodul C este responsabil de legatura dintre C si D, iar nodul D de legatura dintre D si E.

Un mesaj de confirmare asigura atestarea faptului ca o anumita legatura poate sa transporte datele, iar in retelele wireless, aceste mesaje sunt furnizate fara nici un cost, fie ca o parte standard a protocolului MAC folosit (cum este cazul frame-urilor de la nivelul legatura in IEEE 802.11), fie ca asa numitele confirmari pasive (de exemplu, B confirma primirea pachetului de catre C prin auzirea expedierii pachetului de la C la D).

Daca nu este disponibil un mecanism incorporat de confirmare, nodul care transmite pachetul poate solicita in mod explicit ca un alt nod sa returneze o confirmare software specifica rutarii dinamice de la sursa. Aceasta confirmare software, in mod normal, este trimisa direct nodului expeditor, dar daca legatura dintre cele doua noduri este unidirectionala atunci confirmarea va fi trimisa pe o alta ruta multi-hop.

Dupa ce nodul primeste confirmarea de la un vecin, acesta are optiunea sa nu mai solicite alte confirmari de la acel vecin o perioada scurta de timp, cu exceptia situatiilor in care interfata de retea prin care sunt conectate cele doua noduri primeste intotdeauna o confirmare ca un raspuns la transferul unicast. Daca se folosesc confirmari software, acestea trebuie retransmise doar de un anumit numar de ori. Retransmiterea unei solicitari de confirmare poate fi trimisa ca un pachet separat, sau poate fi trimisa piggyback cu un alt pachet care are aceeasi destinatie. Dupa retransmiterea solicitarii de confirmare de numarul permis de ori, daca nu se va primi nici o confirmare, atunci expeditorul va considera legatura respectiva rupta. Astfel, trebuie sa inlature aceasta legatura din cache-ul sau si sa trimita un pachet Route Error fiecarui nod care a expediat un pachet pe aceasta legatura de la primirea ultimei confirmari. De exemplu, in situatia prezentata mai sus, daca C nu primeste o confirmare de la D dupa ce a trimis un anumit numar de solicitari, va expedia un pachet Route Error nodului A si altor noduri care au folosit legatura de la C la D de la ultima confirmare primita de la D. Nodul A va scoate legatura rupta din cache-ul sau, iar protocoalele de la nivelurile superioare (de exemplu TCP) vor efectua retransmiterea pachetelor initiale, daca este nevoie. Pentru a efectua o astfel de retransmitere sau pentru a trimite alte pachete catre destinatia E, daca nodul A are in cache-ul sau o alta ruta la E, atunci va trimite imediat pachetul folosind aceasta noua ruta. Daca nu, va efectua o noua descoperire de rute pentru tinta respectiva.

3.3 Alte aspecte legate de descoperirea de rute :

3.3.1 Memorarea informatiilor de rutare :

            Un nod care expediaza sau aude un pachet, trebuie sa adauge orice informatie utila din acel pachet in cache-ul sau de rute. Utilitatea informatiilor dintr-un pachet depinde de caracteristicile directionale ale mediului fizic si de protocolul MAC folosit. Poate avea loc unul din urmatoarele cazuri :

  • Legaturile din retea pot sa functioneze doar unidirectional, iar protocolul MAC folosit poate sa expedieze pachete unicast folosind aceste legaturi unidirectionale.

  • Legaturile din retea, uneori, pot sa fie doar unidirectionale, dar majoritatea lor sunt bidirectionale, iar protocolul MAC folosit poate trimite pachete unicast pe legaturile unidirectionale.

  • Protocolul MAC folosit, nu poate trimite pachete unicast prin legaturile unidirectionale, deoarece poate folosi doar legaturile bidirectionale pentru transmiterea acestor pachete. De exemplu, protocolul MAC al IEEE 802.11 Distributed Coordination Function(DCF) poate expedia pachete unicast doar prin legaturi bidirectionale, deoarece trebuie sa trimita inapoi un pachet de confirmare de la nivelul legatura al destinatarului si trebuie sa efectueze, in mod optional, un schimb bidirectional de pachete RTS si CTS intre nodurile sursa si destinatie.

3.3.2 Raspunsul la solicitarile de ruta pe baza cache-ului de rute :

            Un nod care primeste un pachet Route Request, dar nodul nu reprezinta destinatia pachetului, va cauta o ruta spre destinatie in cache-ul sau de rute. Daca o gaseste, nodul va trimite expeditorului un Route Reply in loc sa expedieze mai departe pachetul. In pachetul de raspuns, se va construi inregistrarea de rute prin concatenarea secventei de hopuri prin care a ajuns pachetul pana aici cu ruta obtinuta din cache-ul de rute.

Inainte ca un pachet Route Reply generat pe baza informatiilor din cache sa fie expediat, nodul trebuie sa verifice daca ruta obtinuta prin concatenare nu contine de doua ori acelasi nod. De exemplu, in figura 3.3 am prezentat situatia in care nodul F primeste un Route Request pentru E, iar nodul F are memorate in cache o ruta la E.

Fig. 3.3



Concatenarea inregistrarii rutelor din Route Request cu ruta memorata in cache-ul nodului F va contine de doua ori nodul C (se trece prin C pentru a ajunge la F si apoi din nou prin C spre E). In aceasta situatie, nodul F trebuie sa editeze ruta astfel incat sa elimine dublarea, rezultand astfel o ruta de la A la B la C la D si la E, dar in acest fel, el nu va mai aparea in ruta pe care o trimite in Route Reply.

      3.3.3 Limita maxima a hopurilor dintr-un pachet Route Request :

Fiecare pachet Route Request contine o limita a hopurilor care stabileste numarul maxim al nodurilor intermediare prin care poate trece pachetul. Aceasta limita a hopurilor se implementeaza cu ajutorul campului Time-to-Live(TTL) din antetul IP al pachetului care contine o solicitare de ruta. Pe masura ce pachetul este expediat mai departe, se decrementeza aceasta limita, iar daca va ajunge 0 atunci se va renunta la pachet inainte ca acesta sa ajunga la tinta. Limita de hopuri este folosita pentru implementarea unei varietati mari de algoritmi pentru controlul modului de propagare a unui pachet Route Request in timpul unui proces de descoperire de rute.

De exemplu, un nod poate folosi aceasta limita de hopuri pentru trimiterea unui Route Request  fara propagare ca faza initiala a unui proces de descoperire de rute. Un nod care foloseste aceasta tehnica va trimite primul Route Request pentru un nod tinta care are limita hopurilor 1, astfel incat orice nod care primeste pachetul nu il va expedia mai departe celorlalte noduri. Aceasta metoda de solicitare de ruta se numeste Route Request fara propagare si furnizeaza o metoda convenabila prin care se determina daca tinta nu este un nod vecin sau daca nodul vecin nu are cumva o ruta spre tinta in cache-ul sau ( cache-ul vecin este un fel de extensie a cache-ului expeditorului). Daca nu este trimis nici un pachet Route Reply dupa o perioada scurta de timp, atunci nodul va trimite o solicitare de ruta cu propagare.

Un alt exemplu de folosire a acestei limite este implementarea unei cautari a tintei cu ajutorul inelelor extensibile (expanding ring). Folosind aceasta metoda, un nod trimite o solicitare de ruta fara propagare daca nu se primeste nici un raspuns, atunci nodul va expedia o alta solicitare cu limita de hopuri egala cu 2. Pentru fiecare solicitare care nu primeste un raspuns se dubleaza limita de hopuri folosita inainte, pentru o cautare progresiva a tintei fara a permite ca solicitarea sa se propage in intreaga retea. Aceasta abordare poate duce la cresterea intarzierii procesului de descoperire de rute, deoarece este nevoie de mai multe incercari de trimitere a pachetelor Route Request si de mai multe perioade de asteptare a raspunsului pentru a ajunge la nodul tinta.

3.3.4 Recuperarea pachetelor :

Cand un pachet intermediar care expediaza un pachet constata prin intermediul procesului de intretinere a rutelor ca legatura spre nodul urmator din ruta este rupta, daca nodul are alta ruta spre destinatie in cache-ul sau, atunci nu va renunta la pachet, ci il va recupera. Pentru recuperarea unui pachet, nodul inlocuieste ruta din antetul pachetului cu ruta din cache-ul sau. Apoi nodul va expedia pachetul catre nodul urmator din ruta. De exemplu daca nodul C are o alta ruta la E in cache-ul sau, atunci va recupera pachetul inlocuind ruta initiala cu aceasta noua din propriul cache, in loc sa renunte la el.

Intr-un pachet exista un numar care indica de cate ori a fost recuperat pachetul respectiv, pentru a se preveni recuperarea interminabila. Astfel, deoarece TTL se decrementeaza o data la fiecare nod, un nod poate sa recupereze un pachet de nenumarate ori. Chiar daca vom decrementa TTL la fiecare incercare de recuperare, recuperarea este o operatiune costisitoare, asa ca este indicata limitarea numarului de recuperari indiferente de numarul maxim de noduri prin care poate trece un pachet.

Astfel, un nod intermediar care constata in timpul procesului de intretinere de rute ca o ruta nu este buna trebuie sa trimita un pachet Route Error nodului expeditor precizand legatura prin care nu a putut fi trimis pachetul. Daca un nod trimite un Route Error, trebuie sa faca asta inainte de a recupera pachetul.

      3.3.5 Depunerea intr-o coada a pachetelor cu rute nefunctionale :

Cand un nod intermediar care expediaza un pachet, identifica o legatura din ruta care este rupta, pe langa manipularea pachetului asa cum am aratat in sectiunea Intretinerea rutelor , nodul trebuie sa manevreze in acelasi fel orice pachet pe care l-a depus intr-o coada deoarece nu poate ajunge la destinatie din cauza acestei legaturi rupte. Nodul trebuie sa caute coada interfetei de retea (Network Interface Queue) si bufferu-ul de intretinere (Maintenance Buffer) pentru pachetele pentru care urmatoarea legatura este rupta.

      Nodul trebuie sa manipuleze pachetele depuse in coada astfel :

·        sa scoata pachetul din coada interfetei de retea si din buffer-ul de intretinere

·        sa trimita un pachet Route Error expeditorului initial ca si in cazul in care a fost atins numarul maxim de incercari de retransmitere a pachetului. Nodul trebuie sa trimita un singur pachet Route Error pentru fiecare pachet din coada.

·        daca nodul are o alta adresa IP a nodului destinatie in cache-ul sau de rute, atunci acesta va recupera pachetul. In caz contrar, va renunta la pachet.

            3.3.5 Scurtarea automata a rutelor :

            Rutele de la sursa folosite pot fi scurtate automat daca unul sau mai multe noduri intermediare nu mai sunt necesare. Acest mecanism de scurtare automata a rutelor este asemanator, intr-un fel, cu confirmarea pasiva. Daca un nod poate auzi un pachet care contine o ruta de la sursa, atunci acesta va examina portiunile din ruta nefolosite. Daca nodul nu este urmatorul hop destinatie dorit si se afla intr-o portiune nefolosita a rutei, atunci se poate presupune ca nodurile anterioare din ruta nu mai sunt necesare. De exemplu figura 3.4 descrie o situatie in care nodul D a auzit expedierea unui pachet de date de la B la C, pentru a fi trimis mai apoi lui D si lui E.

Fig. 3.4

            Nodul D va trimite un pachet Route Reply nesolicitat(voluntar) expeditorului initial al pachetului (nodul A). Pachetul va contine o ruta mai scurta obtinuta prin concatenarea unei portiuni din ruta initiala pe care a fost trimis pachetul auzit si a sufixului rutei initiale ( incepand de la nodul care trimite acest Route Reply, nodul D). In acest exemplu, ruta continuta in Route Reply trimis de catre D lui A este urmatoarea secventa de hopuri A-B-D-E

.

            Cand un nod decide sa trimita un astfel de pachet nesolicitat, este influentat de mai multi factori, nu doar de auzirea pachetului. De exemplu un nod va decide sa trimita un pachet Route Reply nesolicitat doar atunci cand pachetul auzit va fi primit cu o forta a semnalului sau cu o rata semnal/zgomot mai mare de un anumit prag. Fiecare nod are o tabela a pachetelor Route Reply nesolicitate pentru a limita rata de expediere pentru astfel de pachete.

            3.3.6 Propagarea mesajelor Route Error :

Cand un nod sursa primeste un mesaj Route Error pentru un pachet de date pe care l-a expediat, el va propaga mesajul la toti vecinii sai prin trimiterea lui piggyback in urmatorul Route Request. Astfel, informatiile invechite din cache-urile nodurilor din jurul nodului sursa nu vor da nastere unor Route Reply care sa contina legatura invalida pentru care s-a primit mesajul de eroare.

De exemplu, in situatia prezentata in sectiunea 2, nodul A afla din mesajul Route Error primit de la C ca legatura dintre C si D este intrerupta. Astfel, va scoate aceasta legatura din cache-ul de rute propriu si lanseaza o noua descoperire de rute ( daca nu exista nici o alta ruta la E in cache). In pachetul Route Request nodul va trimite piggyback o copie a mesajului de eroare, asigurandu-se ca acesta se va raspandi la alte noduri si ca pachetele Route Reply pe care le primeste (inclusiv cele obtinute din cache-urile nodurilor) nu contin rute care presupun existenta legaturii rupte[5].

3.3.7 Fluxul de stare :

In aceasta sectiune voi descrie o extensie optionala a protocolului DSR, cunoscuta ca fluxul de stare care permite rutarea majoritatii pachetelor fara existenta explicita a unui antet al rutei in pachet. In plus, starea fluxului reduce overhead-ul protocolului, pastrand totusi caracteristicile fundamentale ale protocolului DSR. O data ce un nod a gasit o ruta (de exemplu, cu ajutorul mecanismului de descoperire de rute) , mecanismul fluxului de stare permite nodului expeditor sa creeze o stare de expediere hop-by-hop in retea pe baza acestei rute, dand astfel posibilitatea fiecarui nod de pe ruta sa expedieze pachetul urmatorului hop pe baza propriilor cunostinte despre flux de-a lungul caruia este trimis pachetul. Fluxul de stare se initializeaza in mod dinamic de catre primul pachet care foloseste ruta si care, mai apoi, poate sa ruteze pachetele urmatoare folosind acelasi flux fara a apela la antetul rutei din pachet. Starea stabilita la fiecare nod din flux se numeste starea usoara (soft state), si se va termina, in mod automat, cand nu mai este necesara, putand fi foarte usor create cand este nevoie.

Extensia fluxului de stare functioneaza ca o forma a rutarii implicite de la sursa, pastrand operatiile de baza ale rutarii dinamice de la sursa, dar inlaturand existenta explicita a rutelor in antetul pachetului.

Un nod sursa care expediaza pachete unui nod destinatie poate folosi extensia DSR, fluxul de stare pentru a stabili o ruta catre destinatie sub forma de flux. Un flux este o ruta de la sursa la destinatie reprezentata de starile de expediere hop-by-hop din nodurile retelei. Fiecare flux este identificat in mod unic printr-o combinatie a adresei nodului sursa, a adresei nodului destinatie si a unui identificator de flux (flow ID) ales de nodul sursa.

Identificatorul de flux este un intreg fara semn pe 16 biti. Comparatia dintre doi identificatori de flux se face modulo 2**16. De exemplu, folosind implementarea limbajului de programare C, un identificator de flux (a) este mai mare decat un alt identificator de flux (b) daca (short)((a)-(b))>0.

Un antet al fluxului de stare a unui pachet stabileste identificatorul de flux care va fi folosit pentru expedierea pachetului respectiv. De la o sursa la o destinatie, pot fi folosite oricate fluxuri diferite, urmand, de exemplu, secvente diferite de hopuri pentru a ajunge la destinatie. Unele dintre aceste fluxuri este considerat ca fiind fluxul implicit de la sursa la destinatie. Un nod care primeste un pachet care nu are nici antetul DSR care precizeaza ruta ce trebuie urmata, nici antetul fluxului de stare DSR care precizeaza identificatorul de flux, acesta va fi expediat folosind fluxul implicit al sursei si destinatiei precizate in antetul IP al pachetului.

Pentru a crea un nou flux al pachetului, nodul sursa genereaza un identificator de flux nenegativ pe 16 biti mai mare decat orice alt flux valid pentru perechea (sursa, destinatie) data. Daca sursa doreste ca acest flux sa devina fluxul implicit, este nevoie sa se seteze bitul low, bit al identificatorului de flux ( identificatorul este un numar impar), in caz contrar, bitul nu va fi setat ( identificatorul este un numar par).

Nodul sursa care creeaza un nou flux va trimite apoi pachetul care contine un antet de optiuni DSR (DSR Option Header) cu o optiune Source Route. Pentru a stabili fluxul, nodul sursa trebuie sa introduca in pachet si un antet al fluxului de stare (DSR Flow State Header) , care contine campul Flow ID ( a carei valoare este data de identificatorul de flux ales pentru noul flux) si optiunea Timeout din antetul de optiuni (care precizeaza durata de viata a fluxului). Acest pachet este, in general, un pachet de date obisnuit care este trimis de la expeditor la destinatie , dar, in acelasi timp, este socotit si un pachet care stabileste fluxul (flow establishment packet).

Nodul sursa va inregistra acest flux in tabela sa de fluxuri pentru a putea fi folosit si in viitor, setand TTL al fluxului respectiv in functie de campul TTL din antetul IP al pachetului, si durata de viata in functie de optiunea Timeout din antetul de optiuni DSR.

3.4 Strucruri de date conceptuale :

  

In cele ce urmeaza voi descrie structurile de date conceptuale si vom arunca o privire de ansamblu asupra felului in care sunt folosite in protocolul de rutare dinamica de la sursa. Aceste structuri pot fi implementate in concordanta cu comportamentul extern.

3.4.1 Route Cache :

Orice nod care implementeaza rutarea dinamica trebuie sa intretina Route Cache-ul care contine informatiile necesare rutarii. Nodul va adauga informatii in cache pe masura ce invata noi conexiuni  intre nodurile retelei ad-hoc. De exemplu un nod poate invata noi legaturi in momentul in care primeste un pachet Route Request, Route Reply sau un pachet care contine o ruta de la sursa DSR. In acelasi fel, nodul poate sterge informatiile din cache referitoare la o legatura rupta. Un nod poate afla despre o legatura rupta cand primeste un pachet Route Error sau cand primeste o retransmisie de nivel legatura care raporteaza o eroare la expedierea unui pachet catre urmatorul hop.

   De fiecare data cand un nod adauga noi informatii in cache-ul de rute, el trebuie sa verifice fiecare pachet din buffer-ul sau pentru a determina daca adresa IP destinatie a pachetului se afla in cache-ul de rute. Daca o gaseste, va trimite pachetul folosind acea ruta si il va sterge din buffer.

   Este posibil ca reteaua DSR sa interfereze cu alte retele din imprejurimi numite retele externe. Aceste retele pot fi, de exemplu, Internetul sau alte retele ad-hoc care folosesc alte protocoale de rutare. Pot sa fie si alte retele DSR care sunt tratate ca retele externe pentru a imbunatati scalabilitatea.

Dar in aceasta lucrare nu ma voi ocupa cu studiul complet al manipularii retelelor externe. Totusi voi preciza cerintele minime necesare unui nod pentru a interactiona corect cu celelalte noduri care implementeaza interfete ale astfel de retele externe. Acest set de cerinte minime necesare cuprinde bitii First Hop External (F) si Last Hop External (L) din optiunea DSR Source Route si optiunea Route Reply din antetul de optiuni DSR al unui pachet. De asemenea, cuprinde si un bit External Flag care eticheteaza fiecare legatura din cache-ul de rute.

Cache-ul de rute trebuie sa poata memora mai mult de o ruta la fiecare destinatie. Pentru a face cautarea in cache mai usoara, acesta este indexat dupa adresa nodului destinatie. In continuare voi sintetiza procesul de cautare in cache :

1.la fiecare implementare a rutarii dinamice de la sursa intr-un nod se va alege strategia si algoritmul potrivit de cautare in cache si se va alege ruta cea mai buna la destinatie dintre cele gasite. De exemplu, un nod poate alege ruta cea mai scurta la destinatie (cea mai scurta secventa de hopuri) sau poate folosi un alt criteriu de alegere a rutei.

2.in plus, orice ruta aleasa din cache nu trebuie sa aiba bitul External bit setat la alta legatura decat prima legatura, ultima legatura sau amandoua. Bitul extern nu se poate referi la nici un hop intermediar al rutei.

Marimea cache-ului poate fi constanta sau se poate modifica. Voi descrie in continuare managementul spatiului disponibil al cache-ului de rute al unui nod :

1.la implementarea rutarii dinamice intr-un nod se poate alege politica de management a intrarilor din cache ; ca de exemplu, cand se cere capacitate limitata a cache-ului, trebuie sa se aleaga care intrari vor fi pastrate si care nu. Un nod poate alege politica de inlocuire folosirea celor mai recente(Least Recently Used-LRU) in care intrarea care nu a mai fost folosita de mult timp (cea mai veche) va fi stearsa daca este nevoie de spatiu pentru o noua intrare.

2.politica de inlocuire in cache trebuie sa permita clasificarea rutelor in functie de  preferinte  astfel incat, este mai putin probabil sa fie eliminate rutele preferate din cache. De exemplu, un nod ar putea prefera rutele pentru care a lansat un pachet Route Request in schimbul celor invatate in urma spionarii neorganizate a celorlalte pachete. De obicei, un nod prefera rutele pe care le foloseste in mod curent in schimbul celor nefolosite.

Se poate folosi orice metoda de organizare a structurilor de date (care este in concordanta cu descrierea protocolului) pentru implementarea unui cache de rute intr-un nod. Sunt posibile urmatoarele tipuri de organizari :

1.ruta care este continuta intr-un pachet Route Reply trimis de nod si primit de nodul care a initiat procesul de descoperire de rute este o ruta completa (o secventa completa de legaturi) la nodul destinatie. Prin memorarea individuala a acestor rute se poate forma un model de organizare a cache-ului de rute numit path cache.  Un astfel de model de organizare este usor de implementat si poate garanta ca rutele sunt fara bucle, deoarece orice ruta dintr-un pachet Route Reply sau Route Request sau orice alt pachet este fara bucle. Pentru a cauta o ruta intr-o structura path cache nodul expeditor va cauta pur si simplu in cache-ul sau de rute o ruta (sau prefixul unei rute) catre nodul destinatie dorit.

2.se poate folosi modul de organizare link cache, in care se vor adauga legaturi (hopuri) individuale din rutele din pachetele Route Reply (sau cele invatate din antetele pachetelor overhead) intr-un graf care descrie felul in care nodul vede topologia unei retele.     Pentru a cauta o ruta in link cache, nodul expeditor trebuie sa foloseasca un algoritm mai complex de cautare in graf, cum ar fi bine cunoscutul algoritm al lui Dijkstra, pentru a gasi calea cea mai scurta la nodul destinatie. Un asemenea algoritm este mai greu de implementat si necesita mai mult timp pentru ca procesorul sa-l execute.

Modul de organizare link catch este mai indicat decat path cache deoarece are capacitate mai mare de a folosi eficient toate informatiile pe care nodul le invata despre starea retelei. Legaturile invatate in urma descoperirilor de rute sau cele invatate din antetele pachetelor auzite pot fi imbinate pentru a forma noi rute. Acest lucru nu este posibil in path cache datorita faptului ca rutele sunt memorate separat in cache. Alegerea nodului de organizare a structurii de date folosita pentru cache-ul de rute este o chestiune care priveste fiecare nod in parte si afecteaza doar performanta, nu si corectitudinea sau interoperabilitatea.

Fiecare inregistrare in cache-ul de rute trebuie sa aiba asociata o durata de viata, care permite stergerea inregistrarii daca nu este folosita o anumita perioada de timp. In alegerea duratei de viata trebuie sa se tina cont de algoritnul si de structura de date aleasa.

3.4.2 Send buffer :

Buffer-ul pachetelor trimise al unui nod reprezinta o structura de date sub forma de coada de pachete (FIFO) care nu au putut fi trimise din cauza ca nu se cunoaste o ruta catre destinatia pachetului. Fiecare pachet din buffer are asociat ora la care a fost depus si va fi sters din buffer si se va renunta la el dupa terminarea unei perioade de timp specificata. Daca este nevoie, se va folosi o strategie FIFO pentru evacuarea pachetelor inainte de terminarea timpului alocat pentru a preveni overflow-ul buffer-ului.

3.4.3 Tabela pachetelor Route Request :

Tabela solicitarilor de rute a unui nod memoreaza informatiile despre pachetele Route Request care au fost create si expediate de curand de catre nodul respectiv. Tabela este indexata in functie de adresa IP. Sunt memorate urmatoarele informatii  despre nodurile la care au fost trimise pachetele :

·              campul Time-to-Live(TTL) din antetul IP al pachetului Route Request trimis la ultima descoperire de rute initiata de nodul respectiv catre o anumita tinta. Valoarea acestui camp permite implementarea algoritmilor de control al imprastierii pachetelor Route Request asa cum a fost descris anterior.

·              momentul in care nodul a expediat ultima solicitare de ruta pentru un anumit nod destinatie.

·               numarul operatiunilor consecutive de descoperire de rute initiate pentru o anumita tinta de la primirea unui pachet valid Route Reply.

·              perioada de timp ramasa pana la initierea unei noi incercari de descoperire de rute. Cand un nod lanseaza o noua descoperire de rute pentru un nod tinta, acest camp din tabela de Route Request este initializat cu durata de viata a procesului de descoperire, la terminarea caruia se lanseaza o alta descoperire. Pana se va primi un pachet Route Reply valid, nodul trebuie sa implementeze un algoritm back-off pentru determinarea acestei durate de viata a fiecarei descoperiri succesive de rute initiata folosind aceeasi valoare a campului Time-to-Live. Durata de viata ar trebui sa se dubleze la lansarea fiecarei descoperiri de rute.

Pe langa aceste informatii, tabela mai trebuie sa contina informatii despre nodurile de la care nodul a primit pachete Route Request : un cache FIFO de inregistrari RequestTableId care contin valoarea identificatorului si adresa destinatie a celor mai recente pachete Route Request primite.

Nodurile ar trebui sa foloseasca o politica de management a intrarilor LRU pentru tabelele Route Request.

3.4.4 Tabela pachetelor Route Reply nesolicitate :

Tabela pachetelor Route Reply nesolicitate a unui nod care implementeaza rutarea dinamica memoreaza informatii despre pachetele Route Reply trimise de nodul respectiv in cadrul mecanismului de scurtare a rutelor. Dupa cum am prezentat in sectiunile anterioare, un nod va trimite un pachet Route Reply nesolicitat daca aude un pachet (expediat de un alt nod) si , desi nu reprezinta urmatorul nod din ruta, este considerat (ulterior) un nod nefolosit al rutei pachetului. Nodul va trimite un pachet nesolicitat Route Reply expeditorului initial care contine o ruta mai scurta (nu include si hopurile din ruta de la sursa peste care se poate sari). Tabela pachetelor Route Reply nesolicitate este folosita pentru a restrictiona ruta cu care se expediaza aceste pachete la acelasi nod expeditor de la acelasi nod de la care a auzit .

Fiecare inregistrare din aceasta tabela contine urmatoarele campuri :

1.      adresa nodului la care va fi trimis pachetul Route Reply nesolicitat

2.      adresa nodului de la care a auzit pachetul

3.      timpul ramas pana la expirarea si stergerea inregistrarii

Cand un nod aude un pachet care ar putea declansa un Route Reply nesolicitat, daca exista deja o inregistrare a pachetului respectiv in tabela, atunci nu mai trebuie trimis un Route Reply nesolicitat pentru acel pachet. Daca nu exista o inregistrare corespunzatoare, nodul va crea o inregistrare in tabela pentru a memora pachetul Route Reply nesolicitat cu durata lui de viata.

3.4.5 Network Interface Queue si Maintenance Buffer :

  

In functie de structura si organizarea sistemului operativ, implementarea stivei protocolului, dispozitivul interfetei retelei si hardware-ul interfetei retelei, un pachet expediat poate fi adaugat intr-o structura de tip coada in mai multe feluri. De exemplu, pachetele care ies din stiva protocolului retelei pot fi adaugate intr-o coada la nivelul legatura , inainte de a fi transmisa de catre interfata retelei. De asemenea, interfata poate avea si un mecanism de retransmitere a pachetelor, asa cum se intampla in cazul IEEE 802.11. Protocolul DSR solicita doar o folosire limitata a buffer-ului pentru pachetele deja transmise pentru care inca nu s-a verificat daca vor ajunge la urmatorul hop.

In continuare voi defini doua structuri de date conceptuale care incorporeaza comportamentul de folosire a cozilor.

Coada interfetei de retea (Network Interface Queue – NIQ) :

Coada interfetei de retea a unui nod este o coada de iesire (output) a pachetelor din stiva protocolului care asteapta sa fie transmise de catre interfata retelei. De exemplu, in implementarea protocolului 4.4BSB Unix , aceasta coada este reprezentata ca o struct ifqueue si se foloseste pentru a pastra pachetele in timpul in care interfata de retea transmite un alt pachet.

Buffer-ul de intretinere (Maintenance Buffer) :

Buffer-ul de intretinere al unui nod care implementeaza DSR este o coada de pachete trimise de catre un nod care asteapta confirmarea accesibilitatii hopului urmator ca o parte a procesului de intretinere a rutelor. Pentru fiecare pachet din buffer, nodul memoreaza de cate ori a fost retransmis si cand a fost retransmis ultima data. Buffer-ul de intretinere are dimensiune limitata ; daca se doreste adaugarea unui nou pachet, dar dimensiunea buffer-ului este insuficienta pentru realizarea acestui lucru, se va renunta la pachet. Daca dupa un anumit numar de incercari de confirmare a accesibilitatii urmatorului nod nu se primeste nici un raspuns, vor fi scoase toate pachetele din buffer care au acelasi nod urmator. In acest caz, nodul trebuie sa trimita un mesaj Route Error pentru acest pachet si trebuie sa recupereze pachetul daca are o alta ruta in cache-ul de rute catre adresa IP a pachetului destinatie.

3.4.6 Lista neagra(Blacklist) :

Cand un nod care foloseste protocolul DSR este conectat printr-o interfata care impune legaturi fizice bidirectionale pentru transmisia unicast, nodul respectiv trebuie sa pastreze o lista neagra. Lista neagra este un tabel indexat dupa adresa nodului vecin care indica daca legatura dintre nodul respectiv si vecinul precizat este bidirectionala. Un nod va plasa adresa altui nod in lista daca crede ca pachetele broadcast de la celalalt nod ajung la el, dar transmisia unicast dintre cele doua noduri nu este posibila. De exemplu, daca un nod care expediaza un Route Reply descopera ca pachetul nu poate ajunge la hopul urmator, atunci va adauga acest nod urmator la lista neagra.

Odata ce un nod descopera ca poate comunica bidirectional cu unul dintre nodurile din lista neagra, il va scoate de pe lista. De exemplu, daca nodul A are pe lista neagra nodul B, dar dupa transmiterea unui Route Request, nodul A aude nodul B expediind pachetul broadcast cu succes, atunci A va sterge inregistrarea nodului B de pe lista neagra.

Un nod trebuie sa asocieze fiecarui nod din lista neagra o stare care precizeaza daca unidirectionalitatea legaturii cu acel nod  este discutabila (questionable) sau probabila (probable). Daca neaccesibilitatea este determinata fara urma de indoiala, nodul trebuie sa seteze starea probabila, iar daca neaccesibilitatea nu a fost determinata o anumita perioada de timp, starea se schimba in discutabila. Inregistrarile din lista neagra pot expira dupa o anumita perioada de timp.

Capitolul 4 :Performantele unei retele wireless:

            In acest capitol voi prezenta reteaua din punct de vedere al eficientei, rutarile optime, intarzierile in retea in conditiile in care prin retea o sa vehiculeze mai multe tipuri de aplicatii. Analiza retelei va fi realizata pentru trafic (descarcarea/vizualizarea) pagini Web ,trafic FTP , acces la baza de date si Email .

            Voi analiza totodata timpul de intarziere al retelei wireless, capacitatea de transfer si timpul de asteptare pentru acces la mediu.

4.1 Simulare. Simulatoare

Pentru a intelege mai bine procesul de simulare, respectiv analiza  performantei retelei voi incepe prin a da definitia simularii:

             Simularea vine de la cuvantul simulatio (Latina) si inseamna a imita, a reproduce. Simularea este o tehnica de construire a unei reprezentari (model) a unui fenomen real care trebuie studiat si observarea modelului in locul fenomenului, o tehnica de testare, evaluare si manipulare a fenomenelor fara actiune directa. Nu se cauta optim ci informatii descriptive – optim.

            Relatia simulare – optimizare este reprezentat in figura 4.1

            Fig. 4.1 Procesul de simulare

 Simulatorul

Un simulator este o “unealta” care incearca sa mimeze comportamentul unui sistem.  Se disting doua tipuri de simulatoare:

  • simulatoare bazate pe timp continuu
  • simulatoare bazate pe evenimente discrete

     

In simularea continua, comportamentul sistemului este reprezentat prin diferite ecuatii, iar simularea consta in rezolvarea ecuatiilor.

In simularea bazata pe evenimente discrete, comportamentul sistemului este descris ca o serie de evenimente ce trebuie procesate intr-un punct discret al timpului simulat si acopera o mare parte din timpul real. Evenimentele sunt coordonate dupa un plan de evenimente folosind de obicei simulari on-line.

Cu toate acestea, unele simulatoare integreaza planuri de evenimente in timp real , permitand simulari on-line. Simularile online trebuie sa ia in considerare informatiile dintr-o retea reala sau dintr-o aplicatie si iesirile de date (rezultatele) ce vor fi reintroduse in reteaua reala sau trimise aplicatiei.

Simularea cu evenimente discrete se bazeaza pe librarii de modelare si pe motoare de simulare. Librariile de modelare reprezinta modelele disponibile in reprezentarea sistemului pentru simulare ( de exemplu, in reprezentarea elementelor unei retele, protocoale sau aplicatii). Motorul de simulare executa scenariul simularii (topologia si organizarea sistemului) si comportamentul scenariului (descrierea a ceea ce s-a intamplat, unde si cum).

In general, un simulator considera scenariul si comportamentul scenariului ca si intrari si genereaza iesiri continand rezultatele simularii. Timpul de simulare depinde de numarul de evenimente si de complexitatea calculatiilor cerute pentru fiecare eveniment. Deci, cu cat un sistem este mai mare si mai complex, cu atat durata simularii va fi mai mare.

In functie de simulatoare, descrierea scenariului si a comportamentului acestuia poate fi facuta manual prin scrierea unui script sau a unui fisier cod, sau intr-un mod mai simplu printr-o interfata grafica (Graphical User Interface – GUI).

Exista mai multe tipuri de simulatoare bazate pe interfata grafica, cum ar fi OMNeT++ , OPNET IT-Guru, Boson NetSim, NS-2, etc. In simularea realizata de mine voi folosi simulatorul OPNET IT-Guru.

OPNET IT-Guru permite crearea unei retele virtuale care consta in echipamente hardware, protocoale si programe aplicative. Routere, switch-uri, servere de web,etc. pot fi folosite in reteua virtuala creata in IT Guru. Aceasta retea virtuala poate fi de dimensiuni variate, de la doua statii de lucru pana la reprezentarea a zeci de mii care functioneaza intr-un WAN .

IT Guru dispune de un intreg modul numit Application Characterization Enviroment (ACE) care foloseste la modelarea si analizarea comportamentului retelei. De exemplu un browser de web, un client video-conferinta sau o baza de date poate fi modelata in IT Guru. Utilizatorul poate crea reprezentarea virtuala a acestor programe si apoi sa le introduca in VNE ( virtual network enviroment ). ACE(Application Characterization Enviroment) si IT Guru ii ofera utilizatorului abilitatea de a studia in detaliu problemele intampinate in retea.

Flow Analysis, Net Doctor si Discrete Event Simulation (DES) sunt modulele pe care programul le foloseste pentru un num[r variat de analize si studii ale mediului virtual de retele ( virtual network enviroment – VNE ) construit. Astfel IT Guru permite utilizatorului nu doar sa simuleze o retea dar de asemenea sa si analizeze aceasta simulare in profunzime.

4.2  Simularea retelelor wireless:

In cadrul simularii rulate in OPNET IT Guru , am realizat o retea compusa din 4 subretele wireless  independente , interconectate prin intermediul unui sistem de distributie realizat cu ajutorul a 4 routere cablate. Exista totodata doua servere de date , localizate in subretelele cladire1si “cladire2” , comunicarea dintre calculatoarele din celelalte subretele cu aceste servere se va face prin intermediul sistemului de distributie. Selectia serverului destinatie va fi facuta aleator de catre calculatoarele din retea. Foto1 : Topologia retelei

Subretelele “cladirea1” si  “cladirea3” , functioneaza cu viteze de 1 Mbps , iar subretelele “cladirea2” si “cladirea4” functioneaza la viteze de 11 Mbps.

Foto2 : Subreteaua “cladirea1” care este identica cu subreteaua cladirea2” din punct de vedere structural

Foto3 : Subreteaua “cladirea3” identica din punct de vedere structural cu subreteaua “cladirea4

            Obiectivele urmarite in aceasta simulare sunt obtinerea unor date specifice pentru functionarea unei retele wireless pentru mai multe tipuri de trafic , cum ar fi : HTTP, FTP, Email , acces la baza de date, precum si statistici globale ale retelei wireless.

            Functionarea retelei a fost simulata pe o durata de 12 ore si 30 de min , numarul total de evenimente a fost de 50000099 , viteza medie 244200 evenimente/secunda , timpul efectiv de rulare al simularii a fost de 3 minute si 24 de secunde.

           

Date obtinute:

Trafic

Baza de date

HTTP

FTP

Email

Trafic trimis (pachete/sec)

0,5

0,25

0,35

0,25

Trafic receptionat (pachete/sec)

0,17

0,25

0,015

0,25

Trafic trimis (biti/sec)

2600

4000

3000

3000

Trafic receptionat (biti/sec)

2500

4000

3000

3000

Timp de raspuns la descarcare (sec)

---

---

0,6

0,15

Timp de raspuns la incarcare (sec)

---

---

0,6

0,14

Timp de raspuns al paginii web(sec)

---

0,05

---

---

Timp de raspuns

0,55

---

---

---

Statistici globale ale retelei wireless: date pierdute – 0.10 biti/secunda, intarziere – 0,0160 secunde, incarcare 100000 biti/secunda, intarziere de acces la mediul de transmisie 0,0085 secunde, capacitate de transfer 100000 biti/secunda.

4.3  Concluzii:

Astfel, o retea WLAN (Wireless Local Area Network) este un sistem flexibil de comunicatii de date, folosit ca o extensie sau o alternativa la reteaua LAN prin cablu, intr-o cladire sau intr-un grup de cladiri apropiate. Folosind undele electromagnetice, dispozitivele WLAN transmit si primesc date prin aer, eliminand necesitatea cablurilor si transformand reteaua intr-un LAN mobil. In general retelele WLAN se folosesc impreuna cu LAN-urile clasice, mai ales pentru capacitatea de tiparire in retea si pentru legatura la server.

Accesul wireless prezinta insa un avantaj de necontestat fata de conexiunea traditionala, pe cablu UTP, si anume, libertatea de miscare. Te poti conecta la Internet acasa, la birou, la un hotel, sau la o sala de conferinta, fara a fi nevoie sa folosesti un fir.

Aceasta tehnologie functioneaza  intr-un mod  similar cu cel al telefoanelor mobile, diferenta constand in faptul ca telefoanele mobile sunt inlocuite in acest caz de dispozitive compatibile Wi – Fi (laptop-uri, PDA-uri, smart phone-uri, chiar si PC-uri normale echipate cu o placa de retea wireless). Practic, posibilitatile sunt infinite, se poate folosi oriunde incepand din mediul obisnuit de acasa si mergand pana la mediile industriale izolate, unde conectarea prin cabluri este greoaie si uneori chiar riscanta.

Realizand o comparatie a datelor obtinute in urma simularii unei retele wireless cu datele obtinute prin simularea unui LAN cablat , se poate observa o diminuare a performantelor  retelelor wireless, dar acestea ofera alte avantaje importante fata de o retea LAN clasica :

·        legatura se face prin aer, pe calea undelor radio. Nu se va mai intampla niciodata sa se impiedice cineva de un fir de retea. E ca si cum ati avea un switch, diferenta este ca firele sunt invizibile;

·        utilizatorii nu mai sunt dependenti de cablul tras in birou, sunt liberi sa se miste oriunde in aria de acoperire.

·      numarul maxim de utilizatori este sensibil mai mare decat folosind un switch intr-o retea pe cablu, conventionala.

·        reteaua wireless ofera compatibilitate cu cele mai noi tehnologii din domeniul IT&C. De exemplu, se pot conecta PDA-uri, laptop-uri, cele mai noi modele de telefoane VoIP, etc;

·        daca sediul unei organizatii se muta, reteaua wireless se poate muta in acelasi timp si nu are nevoie de modificari majore la noul sediu (in cazul retelelor conventionale banii folositi pentru cablare sunt pierduti in cazul mutarii);

·        reteaua wireless este gata de folosire mult mai repede decat una conventionala (daca o cablare poate dura zile sau chiar saptamani, un access point wireless poate fi gata de functionare si in cateva minute).

          Bibliografie :

[1]          Arbaugh, W.A., N. Shankar, Y.C.J. Wan - “Your 802.11 Wireless Network has No Clothes”

[2]          D.Johnson,Yih-Chun Hu, D.Maltz - ”The Dynamic Source Routing Protocol for Mobile Ad-hoc Networks”

[3]          Ron Olexa - (Elsevier) “ Implementing 802.11, 802.16, and 802.20 Wireless Networks”

[4]          Hsiao-Hwa Chen -  Wiley  “The Next Generation CDMA Technologies” -

[5]          Matthew S. Gast - O’Reilly “802.11 Wireless Networks”  

Referinte web :

[6]          www.wimaxforum.org                               - 10.05.2008

[7]          www.wlana.org/                                        - 05.05.2008

[8]          www.ieee.com                                          - 07.05.2008

[9]          www.opnet.com                                        -15.05.2008








Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 2638
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2019 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site