PA160
Mobilní systémy
Základní pojmy
Běžné pojetí:
Máme bezdrátové sítě
Můžeme se pohybovat
a přitom být stále on-line
PA160 2 Jaro 2003
Základní pojmy
Běžné pojetí:
Máme bezdrátové sítě
Můžeme se pohybovat
a přitom být stále on-line
Rozšířené
Chceme se pohybovat
Chceme pracovat s ,,počítači``
Nemusíme být trvale on-line
ale nechceme to poznat
PA160 2 Jaro 2003
Další klasifikace
Mobilita zařízení
Předávání
Autentizace
Mobilita osob
Různá zařízení, stejná osoba (identita!)
Mobilita služeb
Registrace
Autentizace
PA160 3 Jaro 2003
Příbuzné pojmy
Ubiquitous computing
Pervasive computing
Wearable computers
PA160 4 Jaro 2003
Možná použití
Záchranné a krizové týmy
Zábava (hry)
Dopravní prostředky (lokalizace, optimalizace)
Schůzky (virtuální i materiály fyzických)
Stavební práce
Armáda a bezpečnost
Inteligentní dům (?)
Počítače ,,na tělo`` (wearable computers)
PA160 5 Jaro 2003
Otevřené problémy
(Bezdrátová) komunikace
Přenos prostředí
Fyzický (vlastní zařízení ­ a co se ztrátou/krádeží?)
Virtuální (vyžaduje alespoň základní infrastrukturu ­ zakončení virtuálního
prostředí)
Omezený výkon
Procesor
Napájení
Komunikační kapacita
Chybovost
PA160 6 Jaro 2003
Historie ­ počátky
1. Fáze bez mobilních telefonů
Světelná signalizace (kouřové signály, vatry, vlajky, . . . )
1895 ­ bezdrátový přenos (Marconi)
1901 ­ přenos přes Atlantik
1906 ­ radiové vysílání
1911 ­ mobilní vysílač (na Zeppelinu)
1915 ­ přenos hlasu (New York­San Francisco)
1926 ­ telefon ve vlaku (Hamburk­Berlín)
1926 ­ radio v autě
1928 ­ TV
PA160 7 Jaro 2003
Historie ne tak vzdálená
Mobilní telefony
1975 ­ 450 MHz NMT Severský telefonní systém
1982 ­ zahájena GSM specifikace (digitální telefony)
1986 ­ 900 MHz NMT
1991 ­ DECT standard (pro bezšňůrové telefony)
1992/1993 ­ 900 MHz GSM (Německo)
1994/1995 ­ 1 800 MHz GSM (vícepásmové telefony)
1998 ­ Iridium (satelitní telefony)
PA160 8 Jaro 2003
Historie ­ směrem k přenosu dat
Bezdrátové sítě
1996 ­ HiperLAN
1997 ­ Wireless LAN (IEEE 802.11, WiFi, 2,5 a 5 GHz))
1998 ­ GPRS
2000 ­ UMTS
Budoucnost?
PA160 9 Jaro 2003
Vývoj technologie
Sdílení kanálů
Původní systémy: pevné mapování uživatel ­ kanál
Současné povolují automatické využití volných kanálů
Vzrůst efektivity z max 5 uživatelů/kanál na více jak 20/kanál
,,Buněčná`` organizace
Hlavní cíl: zvýšení kapacity
Řada dříve neexistujících problémů
PA160 10 Jaro 2003
Problémy s buněčnou organizací
Technologické
Předávání komunikace mezi buňkami (viz též rozdělování buněk)
Pokrytí
Bezpečnost
Šířka spektra
Obchodní
Vysoké počáteční náklady
Vztah cena a kvalita poskytované služby
Licencování pásem
PA160 11 Jaro 2003
Organizace buněčného systému
Bázové stanice a vlastní přepínací (switching) systém
GMSC (Gateway Mobile Switching Center): rozhraní
HLR (Home Location Register): databáze
VLR (Visitor Location Register): databáze
Mobilní jednotky
Dohlížecí a informační systémy (včetně účtování)
PA160 12 Jaro 2003
Sledování uživatelů
Dva základní přístupy
Síť se periodicky vyptává, kdo je vidět
Mobil periodicky oznamuje, kde je
Obé nevhodné
Realizace
Organizace do shluků buněk (oblasti)
Zasílají se změny
 Periodický broadcast sítě
 Mobil se ,,ozve`` jen pokud změnil oblast (nebo se vypne)
 Síť ,,zavolá`` přes všechny buňky v oblasti
PA160 13 Jaro 2003
Předáváni (handoff) a roaming
Předávání
Rozhoduje síla signálu ke stanici
Hard a soft handoff
V GSM sílu oznamuje mobil, rozhoduje stanice
Problémy s TCP (viz dále)
Roaming
Iniciován mobilem
Konzultace s domácí sítí
Úspěšné přihlášení zaznamenáno do HLR
PA160 14 Jaro 2003
Autentizace
Identifikační modul s tajným identifikátorem s
Handshake protokol
Mobil pošle transmit request
Síť pošle náhodné x
Mobil spočítá f(x,s)
Síť akceptuje
Šifrování
Sdílená tajná funkce g
XORuje se maskou g(s,x)
PA160 15 Jaro 2003
Bezdrátová síť
Infrastruktura
Stanice a brána
Většinou komunikace s ěxterním světem
Ad hoc sítě
Přímé propojení
Relativně malý rozsah
Service discovery
PA160 16 Jaro 2003
Ad hoc sítě
Primární problém: směrování
Uzly se musí ,,poznat``
Uzly se pohybují
Uzly se mohou dostat mimo dosah
Triviální strategie: záplava (flooding)
Zlepšení: poloměr záplavy
PA160 17 Jaro 2003
Mobile IP
Většina problémů probrána v rámci diskuse IPv6
Přibývá specifický problém handoff/handover
Nová stanice oznamuje předem, že přebírá mobilní zařízení
Dočasné přesměrování paketů z jedné stanice na druhou
TCP
Výpadek chápan jako oznámení přetížení sítě (nemusí být pravda
v bezdrátových sítích)
Řešení pomocí ,,proxy``: I-TCP (indirect)
 Základní stanice obsluhující klienta
 Falešné potvrzení o doručení
 Bezpečnost (end to end)
 Umí migrovat spojeníPA160 18 Jaro 2003
Další varianty TCP
TCP s nasloucháním (snooping TCP)
Varianta předchozího (transparentní proxy)
Stanice musí analyzovat veškerá data a rozeznávat ACK
Mobilní TCP
Analogická proxy jako u I-TCP
Optimalizované TCP pro bezdrátový přenos
Reaguje na ztrátu spojení (okno délky nula)
Žádné retransmise (ani ukládání)
 udržuje end to end sémantiku
PA160 19 Jaro 2003
Bluetooth
Malé ad hoc sítě se schopností rekonfigurace
Cíle
Nízká cena
Malá spotřeba
Pico sítě
Až 8 aktivních prvků (master+7)
Všechna komunikace přes hlavní uzel
Zvládá synchronní i asynchronní přenosy
 721 kb/s nebo
 až 3 synchronní současně
PA160 20 Jaro 2003
Propojování pico sítí
Scatternet ­ dvě a více pico sítí
Bridge: Slave­Slave nebo Master­Slave
Žádoucí vlastnosti
Kondenzované (malý poloměr, malý počet pico sítí, . . . )
Koexistence pico sítí
Využívají CSMA/CA (data) a CDMA/TDMA (hlas)
Různé sekvence střídání kanálů (hoping sequences)
Výběr příštího vysílajícího určuje polling
PA160 21 Jaro 2003
Vyhledávání
Inquiry:
Detekce nového zařízení
 Nový posílá Inquiry paket
 Existující musí odpovědět paketem FHS (Frequency Hop
Synchronization)
Paging:
Navázání spojení
PA160 22 Jaro 2003
Paging proces
Jednotka na počátku ve STANDBY modu
Každých 1,28 s (nebo 2,56 s) se ,,probudí`` a na jednom kanálu zkusí
naslouchat
Paging iniciován vždy master uzlem
Pošle 16 identických sekvencí na různých 16 kanálech
 Odhad dělá na základě vnitřních hodin a znalosti zařízení (-8+7)
Opakuje 128 nebo 256 krát
V případě neúspěchu opakuje na zbývajících 16 kanálech
Nejpozději za 2,56 (5,12 s) se spojí
Inquiry analogické (může potřebovat tři průchody)
PA160 23 Jaro 2003
Sítě sensorů
Síť sensorů
Tisíce jednotek současně pracujících
Automatický sběr a analýza dat mezi sensory
Vysílání zpracovaných dat na větší vzdálenosti (příapdně non-real time
sběr uložených dat)
Vlastnosti
Vysoký počet uzlů
Výpadky časté (nemožnost opravy)
Omezená kapacita (napájení, datová, výpočetní, komunikační, . . . )
PA160 24 Jaro 2003