PDF de programación - Tecnologías de soporte: IEEE 802.11

SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO

PARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE

HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3

Tecnologías de soporte: IEEE 802.11

Outline

1. Características del IEEE802.11
2. Capa física
3. Capa de Acceso al Medio (MAC)
4. Capa de gestión MAC
5. Movilidad
6. Seguridad
7. QoS
8. Ejemplos de dispositivos reales

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Introducción: la ubicuidad de WLAN

Semi--public WLAN
Semi
public WLAN

Corporate WLAN
Corporate WLAN

Public WLAN
Public WLAN

Home WLAN
Home WLAN

El usuario requiere acceso a Internet desde cualquier lugar.
WLAN provee de un acceso de banda ancha a Internet desde

cualquier sitio.

Acceso público a través de Hot-spots.
IEEE802.11b (WiFi): sencillo, barato y rápido.

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Arquitectura básica de red Internet con acceso inalámbrico

Local Distribution Network

Internet

WLAN Acces

Netscape

http
tcp
ip

802.2
802.11

802.2

802.11
IEEE 802.11

802.3

ip

802.2
802.3

802.2
802.3

Apache

http
tcp
ip

802.2
802.3

Client

Access Point

Access Router

Server

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Características de una arquitectura inalámbrica

El medio de transmisión: canal radio

• Interferencias y ruido.
• Las características del medio varían sobre el espacio y tiempo.
• Medio compartido con dispositivos 802.11 no deseados.
• Medio compartido con dispositivos no 802.11 (hornos

microondas,..)

Movilidad

• Variación de la fiabilidad del enlace.
• Uso de las baterias, requiere gestión del consumo.
• Uso de las baterias, requiere gestión del consumo.
• El usuario requiere de continuidad en la conexión.

Puede no existir conectividad total (estación oculta).
Seguridad

• No existen fronteras físicas.
• Solapamientos de LANs.

Internacionalmente existen distintas regulaciones.

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Asignación del espectro

Bandas de Industria, Ciencia y Medicina, ISM

(Industrial, Scientific and Medical).
• Espectro sin licencia.

• Bajo ancho de banda
• Com. celulares

• Interferencia de hornos microondas
• IEEE 802.11b, IEEE 802.11g

• HIPERLAN
• IEEE 802.11ª

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IEEE802.11: configuración ad hoc

Independiente

• Una BSS (Basic Service Set)
• Red “Ad hoc”.
• Comunicación directa.
• Area de cobertura limitada.

Peer to Peer Network

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IEEE802.11: configuración infraestructura

Infraestructura

• Puntos de acceso (AP) y estaciones.
• El sistema de distribución interconecta multiples BSS para

formar una única red.

o Extiende el área de cobertura ESS (Extended Service Set)
o Permite roaming.

• El sistema de distribución no está estandarizado, pero si los

servicios que proporciona.
servicios que proporciona.

DISTRIBUTION SYSTEM

SERVER

AP-A

BSS-A

AP-B

BSS-B

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8

Estandarización de WLAN

IEEE 802.11

IEEE

802.11e: QoS Enhacenments
802.11i: Security Enhancenments

ETSI

HiperLAN2

802.11 a
5 GHz
54Mbit/s

802.11 g
2.4 GHz
54Mbit/s

802.11 b
2.4 GHz
11Mbit/s

2.4 GHz
2 Mbit/s

5 GHz
54Mbit/s

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8

Arquitectura del protocolo 802.11

Station Management

•

Interactúa con las capas de gestión de MAC y PHY.

MAC Layer Management

• Gestión de consumo
• Traspaso
• MAC MIB

MAC

• Acceso al medio
•
• Fragmentación
• Encriptación

PHY Layer Management

• Sintonizar el canal
• PHY MIB

MAC

PHY

LLC =802.2
MAC
Sublayer
PLCP
Sublayer
PMD
Sublayer

MAC Layer
Management
PHY Layer
Management

Station
Station
Management

PLCP (Physical Layer Convergence Protocol)

• Detección de portadora Clear Channel Assessment (CCA)
• Generar la trama PLCP

PMD

• Modulación y codificación.

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Capa física IEEE 802.11

Capa física (PMD): tipos I

Banda base Infrarrojos (IR).

• 1 y 2 Mbps, 16-PPM y 4-PPM (Pulse Position Modulation).

Frequency Hopping Spread Spectrum

• Utiliza una de las 75 frecuencias. Cada 400ms salta a un

nuevo canal.

• 2,4GHz, 1 y 2 Mbps.

o 2/4 FSK con 1/2Mbps.
o 2,5 hops/s sobre 79 canales. (USA)

Direct Sequence Spread Spectrum

• Utiliza 1 de los 11 canales solapados
• 2,4GHz, 1 y 2 Mbps.

o DBPSK, DQPSK.
o Ensanchamiento con 11 Bit Barker Code.

• 2,4GHz, 5,5 y 11Mbps. (802.11b)

o CCK(Complementary Code Keying)/DQPSK

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Capa física (PMD): tipos II

5 GHz OFDM (802.11a)

• Puede soportar velocidades: 54, 48, 36, 24, 12 y 6 Mbps
• Puede reducir la velocidad para alcanzar mayor cobertura.
• Parámetros idénticos a HiperLAN2 PHY
• La banda de 5GHz tiene más canales y menos interferencias

2,4 GHz OFDM (802.11g)
• Ratificado en junio 2003.
• Modulación OFDM y codificación PBCC.
• Compatible con 802.11b
• Nuevas velocidades soportadas: 6,9,12,18,24,36,48 y 54.

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Frequency Hopping Spread Spectrum

A
m
p
l
i
t
u
d
e

1

2

3

4

5

6

Time
Time

7

8

9

10
10

11
11

12
12

Frequency

Banda 2,4GHz con un ancho de banda de 83,5MHz.
Banda dividida en al menos 75 canales.
Cada canal tiene un ancho de banda aproximadamente 1MHz.
El transmisor y receptor saltan al unísono entre los canales de

una forma pseudo aleatoria.

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Direct Sequence Spread Spectrum

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WLAN-IEEE802.11 tutorial (Maximilian Riegel)

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Canales del 802.11

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

El estándar define 14 canales.

• Para evitar interferencias se recomienda el uso de los

canales 1, 6 y 11.

• En España, se utilizaba solamente 10 y 11
• En USA, se utiliza los 11 primeros.

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OFDM

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Capa física (PLCP): Physical Layer Convergence Protocol Trama

Scrambled Ones

128

SYN

16

SFD

8

SIGNAL

8

16
SERVICE LENGTH CRC

16

PLCP Preamble

PLCP Header

PSDU

192 µs

1 DBPSK
1 DBPSK
2 DQPSK
5.5 OR 11Mbps
SYNC (ajuste de ganancia, detección de energia, selección de

PPDU

antena, compensación del offset de frecuencia)

SFD (Start Frame Delimiter, sincronización de bit)
SIGNAL (velocidad: 1, 2, 5.5,11 Mbps)
SERVICE (reservados)
LENGTH (número de octetos de PSDU)
CRC (CCITT CRC-16, proteje SIGNAL, SERVICE y LENGTH)

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Capa MAC IEEE 802.11

Capa de Acceso al Medio: funcionalidades

Procedimientos de acceso al canal.
Direccionamiento de las PDUs.
Formato de trama.
Control de errores, fragmentación y ensamblado de la MAC

MSU (MSDU).
• Fragmentación dependiento de los diferentes PHY.

Servicios de asociación a un AP y de traspaso.

Funciones para la gestión de consumo de energía de las

estaciones.

Servicios de autentificación y privacidad.

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Procedimientos de acceso al canal

Las funciones de coordinación determinan cuando una

estación puede transmitir y recibir.

Uso de la Función de Coordinación Distribuida (DCF) para

compartir el medio de modo “best effort”.
• CSMA/CA
• El PHY se encarga de la detección del medio libre.

Uso de la Función de Coordinación Puntual (PCF) para

transmisión síncrona.
• Sondeo

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CSMA/CA

DIFS
PIFS

SIFS

Contention Window

Busy Medium

Backoff-Window

Next Frame

DIFS: Distribuited Interframe Space
PIFS: PCF Interframe Space
SIFS: Short Interframe Space
SIFS: Short Interframe Space

Las estaciones esperan a que el medio este libre.
Si esta ocupado, seleccionan un tiempo aleatorio antes de

transmitir para evitar colisiones.

Se utiliza un algoritmo de backoff exponencial (se incrementa si

hay retransmisiones)
• CWnew =min(CWmax,,CW*2); CWnew =CWmin

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CSMA/CA + ACK protocol

DIFS

DIFS

Busy Medium
Source

Destination

Busy Medium

Other

Contention Window

Backoff-Window

Data

SIFS

ACK

DIFS

Next Frame

Backoff
Window
Window

Data

Defer Access

Si el medio está libre durante DIFS, entonces transmisión, si no

se pospone y se inicia el proceso de backoff.

El receptor envia el ACK si la trama es correcta.
Si no se recibe el ACK, se retransmite la trama después de un

tiempo aleatorio.

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Ejemplo de Función de Coordinación Distribuida (DCF)

Data
Source

Destination

SIFS

ACK

Busy Medium
Station 1

DIFS

DIFS

Contention Window

Busy

Backoff-Window

Busy Medium

DIFS

DIFS

Busy Medium

Busy

Station 2

Backoff
Window

Data

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Problema de la Estación Oculta

Problema de la estación oculta: las estaciones dentro de una

misma WLAN no se “escuchan” entre si.

Uso de tramas de control RTS/CTS con un campo de duración.

(opcional)

CTS Range

RTS Range

Station B

Station A

Da