PA160
Mobilní systémy
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
Další klasifikace
■ Mobilita zařízení
■ Předávání
■ Autentizace
■ Mobilita osob
■ Různá zařízení, stejná osoba (identita!)
■ Mobilita služeb
■ Registrace
■ Autentizace
PA160
3
Příbuzné
Ubiquitous computing Pervasive computing Wearable computers
60
4
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
Otevřené problémy
(Bezdrátová) komunikace Přenos prostředí
■ Fyzický (vlastní zařízení - a co se ztrátou/krádeží?)
■ Virtuální (vyžaduje alespoň základní infrastrukturu -prostředí)
Omezený výkon
■ Procesor
■ Napájení
■ Komunikační kapacita
■ Chybovost
60 6
Historie - počátky
1. Fáze bez mobilních telefonů
■ Světelná signalizace (kouřové signály, vatry, vl
■ 1895 - bezdrátový přenos (Marconi)
■ 1901 - přenos přes Atlantik
■ 1906 - radiové vysílání
■ 1911 - mobilní vysílač (na Zeppelinu)
■ 1915 - přenos hlasu (New York-San Franciscc
■ 1926 - telefon ve vlaku (Hamburk-Berlín)
■ 1926 - rádio v autě
■ 1928-TV
PA160 7
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
Historie - směrem k přenosí
■ Bezdrátové sítě
■ 1996-HiperLAN
■ 1997-Wireless LAN (IEEE 802.11, WiFi, 2,5 a5GHz))
■ 1998-GPRS
■ 2000 - UMTS
■ Budoucnost?
PA160
9
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 20/1
■ „Buněčná" organizace
■ Hlavní cíl: zvýšení kapacity
■ Řada dříve neexistujících problémů
PA160
10
Problémy s buněčnou organ
■ Technologické
■ Předávání komunikace mezi buňkami (viz též rozdělová
■ Pokrytí
■ Bezpečnost
■ Šířka spektra
■ Obchodní
■ Vysoké počáteční náklady
■ Vztah cena a kvalita poskytované služby
■ Licencování pásem
PA160 11
Organizace buněčného syst
■ Bázové stanice a vlastní přepínací (switching) sy
■ 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
Sledování uživatelů
■ Dva základní přístupy
■ Sít 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 vyp
* Sít „zavolá" přes všechny buňky v oblasti
PA160
13
Předáváni (handoff) a roair
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
60 14
Autentizace
■ Identifikační modul s tajným identifikátorem s
■ Handshake protokol
■ Mobil pošle transmit request
■ Sít pošle náhodné x
■ Mobil spočítá f(x,s)
■ Sít akceptuje
■ Šifrování
■ Sdílená tajná funkce g
■ XORuje se maskou g(s,x)
PA160 15
Bezdrátová sít
Infrastruktura
■ Stanice a brána
■ Většinou komunikace s externím světem
Ad hoc sítě
■ Přímé propojení
■ Relativně malý rozsah
■ Service discovery
60
16
Ad hoc sítě
■ Primární problém: směrování
■ Uzly se musí „poznať
■ Uzly se pohybují
■ Uzly se mohou dostat mimo dosah
■ Triviální strategie: záplava (flooding)
■ Zlepšení: poloměr záplavy
PA160
17
Mobile IP
Většina problémů probrána v rámci diskuse IPv6 Přibývá specifický problém handoff/handover
■ Nová stanice oznamuje předem, že přebírá mobilní zaří
■ Dočasné přesměrování paketů z jedné stanice na druhc
TCP
■ Výpadek chápan jako oznámení přetížení sítě (nemusí v bezdrátových sítích)
■ Řešení pomocí „proxy": l-TCP (indirect)
* Základní stanice obsluhující klienta
* Falešné potvrzení o doručení
* Bezpečnost (end to end)
* Umí migrovat spojení
60 i 18
Další varianty TCP
TCP s nasloucháním (snooping TCP)
■ Varianta předchozího (transparentní proxy)
■ Stanice musí analyzovat veškerá data a rozeznávat ACI
Mobilní TCP
■ Analogická proxy jako u l-TCP
■ Optimalizované TCP pro bezdrátový přenos
■ Reaguje na ztrátu spojení (okno délky nula)
■ Žádné retransmise (ani ukládání) * udržuje end to end sémantiku
60 19
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
60 20
Propojování pico sítí
Scatternet - dvě a více pico sítí
■ Bridge: Slave-Slave nebo Master-Slave
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
60
21
Vyhledávání
■ Inquiry:
■ Detekce nového zařízení
* Nový posílá Inquiry paket
* Existující musí odpovědět paketem FHS (Frequency Synchronization)
■ Paging:
■ Navázání spojení
PA160
22
Paging proces
Jednotka na počátku ve STANDBY modu
■ Každých 1,28s (nebo 2,56 s) se „probudí" a na jednom naslouchat
Paging iniciován vždy master uzlem
■ Pošle 16 identických sekvencí na různých 16 kanálech * Odhad dělá na základě vnitřních hodin a znalosti září
■ Opakuje 128 nebo 256 krát
■ V případě neúspěchu opakuje na zbývajících 16 kanále
■ Nejpozději za 2,56 (5,12s) se spojí
Inquiry analogické (může potřebovat tři průchody
60 23
Sítě sensorů
Sít sensorů
■ Tisíce jednotek současně pracujících
■ Automatický sběr a analýza dat mezi sensory
■
■ Vysílání zpracovaných dat na větší vzdálenosti (příapdr sběr uložených dat)
Vlastnosti
■ Vysoký počet uzlů
■ Výpadky časté (nemožnost opravy)
■ Omezená kapacita (napájení, datová, výpočetní, komur
60 24