This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Handoff: Mobiles Gerät wechselt die Basisstation, über die es an das drahtgebundene Netz angebunden ist
Bestandteile eines drahtlosen Netzwerks
Taxonomie drahtloser Netzwerke
Single-Hop Multihop
Infrastruktur(z.B. APs)
infrastrukturlos
Host verbinden sich mitBasisstation(en) (WLAN,
WiMAX, Mobilfunk,…), diesie an den Backbone
anbinden
Keine Basisstationen,keine Anbindung an das Internet (Bluetooth,
Ad Hoc Netze)
Hosts müssen gegebenen-falls über mehrereZwischenstationen
kommunizieren, um dasInternet zu erreichen
(Mesh-Netzwerke)
keine Basisstationen, keineInternetanbindung;
routing über Relays kannje nach Ziel nötig sein
(MANET, VANET)
Eigenschaften drahtloser Links (2)
SNR: Signal-Rausch-Abstand großer SNR – leichtere
Trennung von Signal und Rauschen (also “gut”)
Tradeoff SNR vs. BER: bei gegebener
Bitübertragungsschicht: höhere Sendeleistung -> höherer SNR -> niedrigere BER
bei gegebenem SNR: wähle das Bitübertragungsverfahren, das die Anforderungen an die BER bei höchstmöglicher Datenrate erfüllt
• SNR kann sich aufgrund von Mobilität ändern: dynamische Anpassung der Bitübertragungsschicht (Modulationsverfahren, Rate)
10 20 30 40
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
SNR(dB)B
ER
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
CDMA Encoder/Decoder
Slot 1 Slot 0
d1 = -1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
Zi,m= di.cm
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
Slot 0
AusgabeSlot 1
Ausgabe
Ausgabe auf dem
Kanal Zi,m
SenderCode
Daten-
bits
Slot 1 Slot 0
d1 = -1
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
Slot 0
AusgabeSlot 1
Ausgabe
Empfänger
Code
Empfangene
Eingabe
Di = S Zi,m.cm
m=1
M
M
Interferenz bei zwei Sendern
Multiplextechniken -Zusammenstellung
IEEE 802.11 Wireless LAN
802.11b 2.4-5 GHz unlizensiertes
Spektrum
bis zu 11 Mbps
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) auf der Bitübertragungsschicht
• Alle Hosts benutzen dieselbe Chipping-Sequenz
802.11a 5-6 GHz
bis zu 54 Mbps
802.11g 2.4-5 GHz
bis zu 54 Mbps
802.11n: mehrere Antennen
2.4-5 GHz
bis zu 200 Mbps
alle verwenden CSMA/CA für den Mehrfachzugriff
alle haben Infrastruktur- und Ad-Hoc-Modi
802.11: Passives/Aktives Scannen
AP 2AP 1
H1
BBS 2BBS 1
122
34
Aktives Scannen:(1) Probe-Request-Rahmen wird von
H1 als Broadcast verschickt
(2) APs antworten mit Probe-
Response-Rahmen
(3) Association-Request-Rahmen
von H1 an den gewählten AP
(4) AP antwortet mit Association-
Response-Rahmen
AP 2AP 1
H1
BBS 2BBS 1
1
23
1
Passives Scannen:(1) Beacon-Rahmen werden von den
APs gesendet
(2) Association-Request-Rahmen von
H1 an den gewählten AP
(3) AP antwortet mit Association-
Response-Rahmen
Kollisionsvermeidung: RTS/CTS
APA B
Zeit
DATA (A)
Kollision der Reservierung
abwarten
Rahmen-
kontrolleDauer
Adresse
1
Adresse
2
Adresse
4
Adresse
3Payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
Sequenz-
kontrolle
802.11-Rahmen: Adressierung(1)
Adresse 2: MAC-Adressedes drahtlosen Hosts oderAP, der diesen Rahmenüberträgt
Adresse 1: MAC-Adressedes Hosts, an den dieserRahmen gerichtet ist
Adresse 3: MAC-Adresse des Router-Interface, andas der AP angebunden ist
Adresse 4: nur im Ad-Hoc-Modus verwendet
InternetRouter
AP
H1 R1
AP-MAC-Adr. H1-MAC-Adr. R1-MAC-Adr.
Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3
802.11-Rahmen
R1 MAC addr AP MAC addr
Zieladresse Quelladresse
802.3-Rahmen
802.11-Rahmen: Adressierung(2)
Rahmen-
kontrolleDauer
Adresse
1
Adresse
2
Adresse
4
Adresse
3Payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
TypVom
APSubtyp
Zum
AP
Mehr
Fragm.WEP
Weitere
Daten
Power
Mgmt.
Wieder-
holungRes.
Protokoll-
version
2 2 4 1 1 1 1 1 11 1
802.11-Rahmen (3)Dauer der reserviertenÜbertragungszeit (RTS/CTS)
Rahmen-Sequenznr. (für Zuverlässigkeit)
Rahmentyp(RTS, CTS, ACK, Daten)
802.11: Fortgeschrittene Mechanismen
Ratenanpassung
Basisstation und mobiles Gerät passen die Übertragungsrate (also die Modulation auf der Bitübertra-gungsschicht) dynamisch an, während sich das mobile Gerät bewegt und sich der SNR ändert
QAM256 (8 Mbps)
QAM16 (4 Mbps)
BPSK (1 Mbps)
10 20 30 40SNR(dB)
BE
R
10-1
10-2
10-3
10-5
10-6
10-7
10-4
operating point
1. SNR sinkt, BER steigt während sich der Knoten von der Basisstation wegbewegt
2. Wen die BER zu hoch wird, wird zu einer geringeren Übertragungs-rate (mit niedrigerer BER) gewechselt
802.11: Fortgeschrittene Mechanismen
Power Management
Knoten an AP: “Ich gehe jetzt bis zum nächsten Beacon schlafen”
AP weiß, dass er an diesen Knoten jetzt keine Rahmen übertragen kann
Knoten wacht vor dem nächsten Beacon auf
Beacon-Rahmen: enthält eine Liste der Knoten, für die Rahmen zur Übertragung anstehen
Knoten bleibt wach, wenn Rahmen warten; sonst schläft er wieder bis zum nächsten Beacon
Internet of Things IoT
Beschreibung
Das Internet der Dinge (Internet of Things / IoT) ist ein Gebilde, bei dem Objekte, Tiere oder Menschen mit einem einzigartigen Identifikatorausgestattet sind. Weiterhin ist damit die Möglichkeit verbunden, Daten über ein Netzwerk ohne Interaktionen Mensch-zu-Mensch oder Mensch-zu-Computer zu übertragen. Das Internet der Dinge hat sich aus der Konvergenz der drahtlosen (wireless) Technologie, MEMS (Micro-Electromechanical Systems) und dem Internet entwickelt.
Beispiele
Herzschrittmacher
Transponder bei Nutztieren
Reifendrucksensoren
Internet of Things IoTNodeMCU
Beispielchip der Firma Espressif mit dem ESP8266
WLAN
Bluetooth
GPIO
Arduino DIE
Internet of Things IoTCC3100
Beispielchip der Firma TI
Internet of Things IoT
CC3100
Beispielchip der Firma TI
Internet of Things IoTTLS Verschlüsselung
• Erweiterung der SSL Verschlüsselung (Secure Sockets layer)
• Standard durch IETF (RFC 2246)• Geht auf Netscape zurück (90er Jahre)• Wird oft eingesetzt um über http vorgenommene
Übertragungen abzusichern -> https• SSL Handshake (Erzeugung des Master Secrets)• Encrypted MS wird aus dem öffentl. Schlüssel des
• Verschlüsselungsalgorithmus, der bei SSL und TLS verwendet wird (256-Bit Verschlüsselung)
• Nachfolger von DES• Seit 2002 in OpenSSL verfügbar• Symmetrische Verschlüsselung (Block-Chiffre)
The implementation of AES in products intended to protect national security systems and/or information must be reviewed and certified by NSA prior to their acquisition and use.” (Lynn Hathaway, June 2003 )
Internet of Things IoTWiFi Direct Mode
• WPS• WiFi Alliance spezifiziert• Anwendung:
• Verbindung eines PC mit Drucker ohne AP• Verbindung Kamera mit PC• Verbindung Smart Watch mit PC
MAbdeckungs-
radius
S
SS
P
P
P
P
M
S
Master
Slave
Geparktes Gerät (inaktiv)P
802.15: Personal Area Network
weniger als 10 m Durchmesser
ersetzt Kabel (Maus, Tastatur, Kopfhörer,…)
Ad Hoc: keine Infrastruktur
Master/Slaves: Slaves bitten um Erlaubnis zu
senden (vom Master)
Master gewährt Zugriff
802.15: aus der Bluetooth-Spezifikation entstanden 2.4-2.5 GHz-Band
bis zu 721 kbps
802.15: Personal Area Network
802.15: Bluetooth
1994: Ericsson (Mattison/Haartsen), “MC-link”-Projekt
• Umbenennung des Projekts: Bluetooth nach Harald “Blåtand” Gormsen [Sohn
des Gorm], König von Dänemark im 10. Jahrhundert
• 1998: Gründung der Bluetooth Special Interest Group (Ericsson, Intel, IBM,
Nokia, Toshiba), www.bluetooth.org
• Später hinzugekommene Förderer: 3Com, Agere (früher: Lucent), Microsoft,
Motorola
• Über 2500 Mitglieder
• 2001: Erste Produkte für den Massenmarkt, Verabschiedung des Standards 1.1
• Übernommen von IEEE WPAN Working Group zur Integration in 802.15-
Standard. Dabei mehrere Varianten:
• höhere Übertragungsraten
• niedrige Übertragungsraten bei sehr geringem Stromverbrauch
Beispiel: Zigbee Microcontroller aus der ATMega Familie von Atmel
Prof. Dr. Parzhuber,
Datenkommunikation
55
ZigBeeThe domestic honeybee, a colonial insect, lives in a hive that contains a queen, a few male drones, and thousands of worker bees. The survival, success, and future of the colony is dependent upon continuous communication of vital information between every member of the colony. The technique that honey bees use to communicate new-found food sources to other members of the colony is referred to as the ZigBee Principle. Using this silent, but powerful communication system, whereby the bee dances in a zig-zag pattern, she is able to share information such as the location, distance, and direction of a newly discovered food source to her fellow colony members. Instinctively implementing the ZigBee Principle, bees around the world industriously sustain productive hives and foster future generations of colony members.
Aufbau des ZigBee Stacks
Prof. Dr. Parzhuber,
Datenkommunikation
57
ZigBee
Prof. Dr. Parzhuber,
Datenkommunikation
58
ZigBeeModul mit Atmega128rfa
Beispiel:
Prof. Dr. Parzhuber,
Datenkommunikation
59
ZigBee
Schalter
Beispiele Hausautomation:
Steckdose Osram Lightify Plug
Raspi AdapterOsram Smart+Lampe mit ZigBee
Prof. Dr. Parzhuber,
Datenkommunikation
60
ZigBee
ZigBee XBeeModule Shield V03 Module
Beispiele Hausautomation:
Core2530 (B) Features•As easy to use as any UART modules •Provided firmware : Coordinator, Router, End Device
• Router firmware is preloaded by default •Supports sending large data packet & fast broadcasting via UART •Supports programming via UART (thanks to the Bootloader, and an serial module is required) •Supports configuring via upper computer software : working mode, UART port, baudrate, signal channel, etc. •Optional hardware interface
• XBee compatible straight through pin headers (soldered by default) • SMT stamp holes are also available (for batch purchase, the pin headers can be removed if
required) •MISC
• Auto networking (at least 1 Coordinator and 1 Router are required) • Real-time monitoring the signal intensity between Coordinator, Router, and End Device • Supports onboard PCB antenna and/or external IPEX antenna
Mobilität: VokabularHeimatnetz: permanente “Heimat” des mobilen Geräts (z.B. 128.119.40/24)
Permanente Adresse:Adresse im Heimatnetz, die immerverwendet werden kann, um das mobile Gerät zu erreichen(z.B. 128.119.40.186)
Home Agent: Instanz, die mobilitätsbezogene Aufgaben für das mobile Gerät erledigt, wenn es gerade nicht im Heimatnetz ist
Weitver-kehrsnetz
Kommunikationspartner
Mobilität: mehr Vokabular
Care-of-Adresse: Adresse im besuchten Netzwerk
(z.B. 79.129.13.2)
Weitver-kehrsnetz
Besuchtes Netzwerk:Netzwerk, in dem sich das mobile Gerät aktuell befindet (z.B. 79.129.13/24)
Foreign Agent: Instanz im besuchten Netz, die für das mobile Gerät mobilitätsbezogene Aufgaben erledigt
Kommunikationspartner: möchte mit dem mobilen Gerät kommunizieren
Mobilität: Lösungsansätze
Das Routing soll das erledigen: Router verbreiten den Weg zur permanenten Adresse eines gerade anwesenden mobilen Geräts über die normalen Routingtabellen-Updates.
Routing-Tabellen zeigen, wo ein mobiles Gerät gerade ist
keine Veränderungen an den Endsystemen
Die Endsysteme kümmern sich selbst darum:
indirektes Routing: Daten vom Kommunikationspartner zum mobilen Gerät nehmen einen Umweg über den Home Agent, von wo sie zum mobilen Benutzer weitergeleitet werden.
direktes Routing: Der Kommunikationspartner informiert sich über die momentane Adresse des mobilen Gerätes und kontaktiert es dann direkt.
Mobilität: Registrierung
Endergebnis:
Foreign Agent kennt das Mobilgerät
Home Agent weiß, wo sich das Gerät befindet
Weitver-kehrsnetz
Heimatnetzbesuchtes Netz
1
Mobilgerät kontaktiert den Foreign Agent beim Eintritt in das Netz
2
Foreign Agent kontaktiert den Home Agent: “Dieses mobile Gerät ist gerade in meinem Netz”
Indirektes Routing: Anmerkungen
Das Mobilgerät hat zwei Adressen: Permanente Adresse: wird vom Kommunikationspartner
benutzt (die Mobilität ist daher für den Kommunikationspartner transparent)
Care-of-Adresse: vom Home Agent verwendet, um Datagramme an das Mobilgerät weiterzuleiten
Funktion des Foreign Agent kann vom Mobilgerät selbst erledigt werden
Dreiecksrouting: Kommunikationspartner -> Heimatnetz -> Mobilgerät ineffizient, vor allem wennMobilgerät und Kommunikations-partner gerade im gleichen Netzwerksind!
Indirektes Routing: Wechsel des Netzes
angenommen, ein mobiler Benutzer wechselt in ein anderes Netzwerk registriert sich beim neuen Foreign Agent der neue Foreign Agent informiert den Home
Agent Home Agent aktualisiert die Care-of-Adresse Pakete werden weiterhin zum Mobilgerät
weitergeleitet (jetzt zur neuen Care-of-Adresse)
Mobilität und Wechsel des Netzwerks sind transparent: offene Verbindungen können weiterhin genutzt werden!
Mobilität über direktes Routing
Weitver-kehrsnetz
Heimat-netz
besuch-tes Netz
4
2
41Kommunikationspart-ner erfragt und erfährt so die aktuelle Adresse des mobilen Geräts
Kommunikationspartnersendet Daten zum Foreign Agent
Foreign Agent leitet die Daten zum Mobilgerät weiter
Mobilgerät antwortet dem Kommunikations-partner direkt
3
Mobilität über direktes Routing: Anmerkungen Löst das Dreiecksrouting-Problem
Nicht transparent für den Kommunikationspartner: er muss sich die Care-of-Adresse vom Home Agent holen Was passiert, wenn das mobile Gerät das
Netzwerk wechselt?
Weitver-kehrsnetz
1
besuchtes Netz zu
Beginn der
Kommunikations-
beziehung
Anchor
Foreign
Agent2
4
Neuer Foreign
Agent
35
Correspondent
AgentKommunika-
tionspartner
neues
besuch-
tes Netz
Mobilität mit direkem Routing unterstützen Anchor Foreign Agent: FA im ersten besuchten Netz Daten werden immer zuerst zum Anchor-FA geroutet Wenn sich das Mobilgerät weiterbewegt, sorgt der neue FA
dafür, dass die Daten vom alten FA zu ihm weitergeleitet werden (Verkettung)
Mobile IP
RFC 3344
viele Features, die wir bereits kennen: Home Agents, Foreign Agents, Registrierung
beim Foreign Agent, Care-of-Adressen, Paketverkapselung (Paket-im-Paket)
Standard besteht aus drei Komponenten: indirektes Routing von Datagrammen
Finden von Agents
Registrierung beim Home Agent
Mobile IP: indirektes Routing
Permanente Adresse: 128.119.40.186
Care-of address: 79.129.13.2
Ziel: 128.119.40.186
Paket vom Kommunika-tionspartner
Ziel: 79.129.13.2 Ziel: 128.119.40.186
Home Agent an Foreign Agent: ein Paket verkapselt in einem anderen Paket
Ziel: 128.119.40.186
Foreign Agent an Mobilgerät
Mobile IP: Agent Discovery Agent Advertisement: Foreign/Home Agents bieten
ihre Dienste durch das Broadcasten von ICMP-Nachrichten an (Typ 9)