Slide Series 1

1

Συστήµατα Κινητών ΕπικοινωνιώνΕργαστήριο Κινητών Ραδιοεπικοινωνιών, ΣΗΜΜΥ ΕΜΠ

Εισαγωγή στις Κινητές/Ασύρµατες

Επικοινωνίες (ιστορία, παρόν και µέλλον)

∆ρ. Αθανάσιος ∆. Παναγόπουλος

Λέκτορας ΕΜΠ

Εισαγωγή στις Κινητές/Ασύρµατες

Επικοινωνίες (ιστορία, παρόν και µέλλον)

∆ρ. Αθανάσιος ∆. Παναγόπουλος

Λέκτορας ΕΜΠ

2


ΠεριεχόµεναΠεριεχόµενα

� Ιστορία των Ασυρµάτων/Κινητών Τεχνολογιών και Τάσεις

� Όραµα Ασυρµάτων/Κινητών Επικοινωνιών του Μέλλοντος

� Τεχνικές Προκλήσεις

� Σύγχρονα Ασύρµατα/Κινητά ∆ίκτυα

� Ανερχόµενα Ασύρµατα/Κινητά Συστήµατα

� Ρύθµιση Φάσµατος

� Προτυποποίηση

� ∆οµή Μαθήµατος

3


Προϊστορία Ασυρµάτων/Κινητών ΕπικοινωνιώνΠροϊστορία Ασυρµάτων/Κινητών Επικοινωνιών

•”Προϊστορικοί χρόνοι”: σήματα καπνού, φωτιάς, φάροι, φακοί• 1895: πρώτη ραδιομετάδοση (Marconi, Wight Νησί, απόσταση 18 μιλιών)• 1915: Ασύρματη μετάδοση φωνής San Francisco & New York• 1945: Arthur C. Clarke προτείνει τους γεωστατικούς δορυφόρους• 1946: Δημόσια κινητή τηλεφωνία εισάχθηκε σε 25 πόλεις της Αμερικής• 1947: Επινόηση της κεντρικής ιδέας του κυψελωτού συστήματος (AT&T)• 1957: Πρώτη χρήση τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου (Sputnik, Σοβιετική Ένωση)• 1963: Πρώτη χρήση γεωστατικού δορυφόρου (NASA)• 1971: Πρώτο ραδιοδίκτυο μεταγωγής πακέτου (ALOHANET, Παν. της Hawaii)• 1983: Πρώτη υλοποίηση αναλογικού κυψελωτού δικτύου (Chicago)• 1985: Ελεύθερες (χωρίς άδεια) ζώνες συχνοτήτων για χρήση από τα ασύρματατοπικά δίκτυα• Δεκαετία 1990: Πρώτα ψηφιακά κυψελωτά δίκτυα (”2G”, GSM)• 2000 - τώρα: Προτυποποίηση της 3ης γενιάς κινητών συστημάτων επικοινωνίαςκαι ασυρμάτων δικτύων WLANs, WPANs, ραδιοδίκτυα αισθητήρων, ΔίκτυαΚινητών Επικοινωνιών 4ης Γενιάς...

4


Ιστορία Ασυρµάτων/Κινητών ΕπικοινωνιώνΙστορία Ασυρµάτων/Κινητών Επικοινωνιών

Πρώτο Κινητό Ραδιοτηλέφωνο 1924

5


Προ- κυψελωτά Ασύρµατα ∆ίκτυαΠρο- κυψελωτά Ασύρµατα ∆ίκτυα

� Μια ψηλά τοποθετηµένη κεραία µεγάλης ισχύος πουκαλύπτει µεγάλη περιοχή εξυπηρέτησης

� Μικρός αριθµός καναλιών (λίγοι χρήστες)

� Αναλογική µετάδοση, µη αποδοτική χρήση του φάσµατος(όχι επαναχρησιµοποίηση της συχνότητας)

� Πολύ µικρή χωρητικότητα, µη-αποδοτικό ως προς τηνισχύ µετάδοσης

6


Η κεντρική ιδέα του κυψελωτού συστήµατοςΗ κεντρική ιδέα του κυψελωτού συστήµατος

� Βασικές Αρχές:� ΕπαναχρησιµοποίησηΣυχνότητας

� Χωρισµός σε κυψέλες

(Προτάθηκε σε εσωτερικήαναφορά από τον D. H. Ring στοΒell Laboratories, NJ, USA, 1947.)

QuickTime™ and aTIFF (Uncompressed) decompressor

are needed to see this picture.

7


Κυψελωτά Συστήµατα:Επαναχρησιµοποίηση καναλιών για µεγιστοποίηση της χωρητικότητας

� Γεωγραφικές περιοχές χωρίζονται σε κελιά

� Συχνότητες / Χρονοσχισµές/Κώδικες επαναχρησιµοποιούνται χωρικά σε αποµακρυσµένες περιοχές

� Οµοκαναλική παρεµβολή µεταξύ ίδιων χρωµάτων κελιών

� Σταθµοί Βάσεις/Κέντρα Μεταγωγής καθορίζουν την διαποµπή και τις συναρτήσεις ελέγχου

� Το να µειώσεις το µέγεθος της κυψέλης αυξάνει τη χωρητικότητα αλλά και το φορτίο του δικτύου.

Σταθµός Βάσης

Κέντρα

Μεταγωγής

8


Κυψελωτά Τηλεφωνικά ∆ίκτυαΚυψελωτά Τηλεφωνικά ∆ίκτυα

BSBS

Κέντρο

ΜεταγωγήςPSTN

BS

Αθήνα

Νέα Υόρκη∆ιαδίκτυο

PSTN: ∆ηµόσιο Ενσύρµατο

Τηλεφωνικό ∆ίκτυο

Κέντρο

Μεταγωγής

9


Η Επανάσταση των Ασυρµάτων/ΚινητώνΗ Επανάσταση των Ασυρµάτων/Κινητών

� Τα κυψελωτά συστήµατα είναι ο γρηγορότερα αναπτυσσόµενος τοµέας τηςβιοµηχανίας των τηλεπικοινωνιών (εκθετική αύξηση από το 1982, µε πάνω από2.5 δισεκατοµµύρια χρήστες παγκοσµίως σήµερα)

� Γενιές” των ασυρµάτων/κινητών επικοινωνιών (προ-κυψελωτά: 0G):

� Πρώτης Γενιά (1G - 1982 ): Αναλογική µετάδοση 25 ή 30 KHz FM, µόνο φωνή, για επικοινωνία οχηµάτων.

� ∆εύτερης Γενιάς (2G –π.χ. GSM, 1993 - ): Στενής ζώνης TDMA καιCDMA, φωνή, δεδοµένα χαµηλού ρυθµού και φορητές συσκευές.

� 2.5G - 2.75G: Ενισχύσεις του δικτύου 2G για αυξηµένες δυνατότητεςµετάδοσης δεδοµένων (πχ. GPRS + EDGE, ca. 2000 - ).

� Τρίτης Γενιάς (3G - UMTS/IMT-2000, 2002 - ): Ευρείας ζώνης d TDMA & CDMA, φωνή και υψηλού ρυθµού δεδοµένα, φορητές συσκευές

� Τέταρτης γενιάς (4G/B3G, 2010 - ?): Ετερογενή δίκτυα από διάφορασυνεργαζόµενα διαδραστικά δίκτυα, όχι ένα αποκλειστικά δίκτυο, τεχνικές διαφορικής λήψης, προσαρµοστικές διεπαφές αέρος καιπρωτόκολλα, ανάθεση πόρων και πολλαπλές υπηρεσίεςσυµπεριλαµβανοµένου υψηλών χωρητικοτήτων πολυµεσικώνεφαρµογών.

10


Συναρπαστικές ΕξελίξειςΣυναρπαστικές Εξελίξεις

� Έκρηξη στη χρήση Internet & laptop

� Ασύρµατα Τοπικά και Προσωπικά ∆ίκτυα αυξάνονται µε γοργούς

ρυθµούς

� Τεράστια δηµοτικότητα παγκοσµίως το κινητό τηλέφωνο

� Αναπτυσσόµενα συστήµατα όπως τα Bluetooth, UWB, Zigbee, and

WiMAX ανοίγουν νέες πόρτες

� Ανάγκες ασφάλειας και ιδιωτικότητας σε ασύρµατα δίκτυα

� Σηµαντικές διαφορετικές αρχές εφαρµογές

� ∆ίκτυα Αισθητήρων

11


Ασύρµατα ∆ίκτυα του Μέλλοντος(The Wireless Vision)

Ασύρµατα ∆ίκτυα του Μέλλοντος(The Wireless Vision)

Ασύρµατη �ρόσβαση Internet

Nth γενιάς κυψελωτά

Ασύρµατα αδόµητα δίκτυα

∆ίκτυα Αισθητήρων

Ασύρµατη ∆ιασκέδαση Ασύρµατη

∆ιασκέδαση

Έξυ�να Σ�ίτια/Χώροι

Αυτοµατο�οιηµένοι Λεωφόροι

Αδιάλειπτες και παντού διαδεδοµένη επικοινωνία µεταξύ ανθρώπων και συσκευών !!

Ubiquitous Communication Among People and Devices

• Αυστηροί Περιορισµοί στην καθυστέρηση

• Αυστηροί Περιορισµοί στην Ενέργεια

12


Προκλήσεις ΣχεδίασηςΠροκλήσεις Σχεδίασης

� Το ασύρµατο κανάλι είναι δύσκολο και διαθέτει περιορισµένη χωρητικότητα!

� Πρότυπα κίνησης, θέσεις χρηστών, & συνθήκες δικτύου που συνεχώςαλλάζουν...

� Η κίνηση και το κανάλι είναι συνεχώς µεταβαλλόµενα στο χώρο και στο χρόνο

� Περιορισµοί ενέργειας και Καθυστέρησης αλλάζουν αρχές σχεδίασης σε όλη τηστοίβα του πρωτοκόλλου- ∆ιαστρωµατική Μοντελοποίηση – Cross Layer Design

13


Εξέλιξη των Σύγχρονων ΣυστηµάτωνΕξέλιξη των Σύγχρονων Συστηµάτων

� Σηµερινά ∆ίκτυα Κινητών Επικοινωνιών� 2G, 2.5G, GPRS: ~30-70 Kb/s.� 3G: ~300 Kb/s.� WLANs: 10Mbps ~70 Mb/s.

� Εξελίξεις της Τεχνολογίας

� Εξοπλισµός: Καλύτερες µπαταρίες. Καλύτερα κυκλώµατα καιεπεξεργαστές. Βελτιστοποίηση µε τα αντίστοιχα συστήµατα µετάδοσης.

� Ασύρµατη Ζεύξη: Κεραίες, διαµορφώσεις, κωδικοποίηση, προσαρµοστικότητα, ψηφιακή επεξεργασία σήµατος

� ∆ίκτυο: δυναµική ανάθεση πόρων. Υποστήριξη κινητικότητας.

14


3G: ITU-developed,UMTS/IMT-2000

3G: ITU-developed,UMTS/IMT-2000

∆ορυφόρος

Μάκρο-κυψέληΜίκρο-κυψέλη

ΑστικέςΕνδοκτηριακή

Pico-κυψέλη

Παγκόσµιος

Προάστια

Βασικό Κινητό Τερµατικό

PDA

Audio/Visual Κινητό Τερµατικό

15


Μελλοντικές ΓενιέςΜελλοντικές Γενιές

Rate

Mobility

2G

3G

4G802.11b WLAN

2G

Σηµαντικά Tradeoffs/ Συµψηφισµοί :

Ρυθµός Μετάδοσης vs. Κάλυψη

Ρυθµός Μετάδοσης vs. Καθυστέρηση

Ρυθµός Μετάδοσης vs. Κόστος

Ρυθµός Μετάδοσης vs. Ενέργειας

Θεµελιώδεις επαναστατικές µεθοδολογίες σχεδίασης είναι αναγκαίες

Ρυθµός Μετάδοσης

Κινητικότητα

16


Σηµερινά Ασύρµατα/Κινητά ∆ίκτυαΣηµερινά Ασύρµατα/Κινητά ∆ίκτυα

� Κυψελωτά Συστήµατα

� Wireless LANs (802.11a/b/g, Wi-Fi)

� ∆ορυφορικά Συστήµατα

� Συστήµατα Ειδοποίησης

� Bluetooth

� UWB

� Zigbee/802.15.4 ραδιοδίκτυα

� WiMAX (802.16) ραδιοδίκτυα

17


ΑσύρματαΑσύρματαΑσύρματαΑσύρματα ΤοπικάΤοπικάΤοπικάΤοπικά ΔίκτυαΔίκτυαΔίκτυαΔίκτυα

� WLANs συνδέουνσυνδέουνσυνδέουνσυνδέουν τοπικάτοπικάτοπικάτοπικά PCs (~100 m απόστασηαπόστασηαπόστασηαπόσταση)� ΣπάειΣπάειΣπάειΣπάει σεσεσεσε πακέταπακέταπακέταπακέτα� ΗΗΗΗ πρόσβασηπρόσβασηπρόσβασηπρόσβαση στοστοστοστο κανάλικανάλικανάλικανάλι διαμοιράζεταιδιαμοιράζεταιδιαμοιράζεταιδιαμοιράζεται� Backbone Internet provides best-effort service

� ΦτωχήΦτωχήΦτωχήΦτωχή επίδοσηεπίδοσηεπίδοσηεπίδοση σεσεσεσε μερικέςμερικέςμερικέςμερικές εφαρμογέςεφαρμογέςεφαρμογέςεφαρμογές (ππππ.χχχχ. video)

01011011

ΣημείοΣημείοΣημείοΣημείοΠρόσβασηςΠρόσβασηςΠρόσβασηςΠρόσβασηςστοστοστοστο ΔιαδίκτυοΔιαδίκτυοΔιαδίκτυοΔιαδίκτυο

0101 1011

18


Wireless StandardsWireless Standards

� Πρότυπα

� Multihop 802.11 (ασύρματη ευρυζωνική πρόσβαση WiFi)

� 802.16 (WiMax)

� 802.20 (mobile broadband wireless access, MBWA)

� 802.21 (Συνεργασία μεταξύ ασύρματων δικτύων)� 802.22 (wireless regional area networks, WRAN)

� Ασύρματο DOCSIS

� ΣύγχρονεςΣύγχρονεςΣύγχρονεςΣύγχρονες ΤεχνολογίεςΤεχνολογίεςΤεχνολογίεςΤεχνολογίες καικαικαικαι ΤάσειςΤάσειςΤάσειςΤάσεις� Φάσμα ραδιοσυχνοτήτων με και χωρίς αδειοδότηση� Software Defined Radio

� Cognitive Radio

� Συστήματα με πολλαπλές κεραίες σε πομπό και δέκτη (ΜΙΜΟ)� Διαστρωματική (cross-layer) σχεδίαση ασύρματων δικτύων� Μηχανισμοί ασύρματης ασφάλειας� Ενοποίηση ασύρματων και ενσύρματων τεχνολογιών� Ασύρματο VoIP

19


ΙΕΕΕ 802.11 ∆ίκτυαΙΕΕΕ 802.11 ∆ίκτυα

20


ΙΕΕΕ 802.16 ∆ίκτυαΙΕΕΕ 802.16 ∆ίκτυα

21


∆ορυφορικά Συστήµατα∆ορυφορικά Συστήµατα

� Καλύπτουν µεγάλες περιοχές

� ∆ιαφορετικά ύψη τροχείων� GEOs µέσω MEOs & LEOs� Trade-off µεταξύ κάλυψης, ρυθµών µετάδοσης και ισχύος

� Βελτιστοποιηµένα πρότυπα για one-way µετάδοση :� Radio (π.χ.DAB) & video (DVB-S, DVB-S2) broadcasting� Return link DVB-RCS

� Νέα πρότυπα ...� DVB-SH (συνεργασία µε επίγειους επαναλήπτες) � Mobile DVB-RCS

22


Συστήµατα ΤηλεειδοποίησηςΣυστήµατα Τηλεειδοποίησης

� Οι συσκευές των χρηστών αρκεί να λαµβάνουν µόνο

� Σε ορισµένες περιπτώσεις µόνο ένα bit

� Μεγάλη διάρκεια µπαταρίας

� Μικρός όγκος συσκευής

� Μικρό κόστος

23

Συστήµατα Κινητών ΕπικοινωνιώνΕργαστήριο Κινητών Ραδιοεπικοινωνιών, ΣΗΜΜΥ ΕΜΠ8C32810.61-Cimini-7/98

Τεχνολογία BluetoothΤεχνολογία Bluetooth

� “Αντικατάσταση Καλωδίου” RF τεχνολογία (χαµηλό κόστος)

� Μικρή απόσταση (10 m, επεκτάσιµο στα 100 m)

� 2.4 GHz ISM band (συνωστισµένη)

� 1 Data (700 Kbps) + 3 voice channels

� Υποστηρίζεται ευρέως από κατασκευαστές telecom, PC, & ηλεκτρονικών συσκευών

� Ελάχιστες εφαρµογές πέραν της αντικατάστασης τουκαλωδίου!

24


Ultra Wideband Radio (UWB)Υπέρ-ευρείας ζώνης Ραδιοµετάδοση

Ultra Wideband Radio (UWB)Υπέρ-ευρείας ζώνης Ραδιοµετάδοση

� Ράδιο απόκριση: αποστολή παλµού κάποιων δεκάδων picoseconds (10-12) µέχρι nanoseconds (10-9) - duty cycle της τάξης του 1%

� Εύρος ζώνης 25% της φέρουσας συχνότητας� Χρήση µεγάλου εύρους ζώνης (τάξης GHz) τουλάχιστον 500 ΜHz

� Μικρή πιθανότητα ανίχνευσης από άλλους + προνοµιούχες ιδιότητες σε σχέσηµε τις παρεµβολές: χαµηλή ισχύ µετάδοσης (πυκνότητα) απλώνεται σε ευρύφάσµα.

� Μικρής κλίµακας επικοινωνίες short range communications.

� Άριστη ικανότητα εύρεσης θέσης & µε πολύ µεγάλους ρυθµούς µετάδοσηςδεδοµένων

� Φαινόµενο πολυόδευσης (multipath)- καλό και κακόχρήση OFDM ή εξισωτών για τη λύση του προβλήµατος

25


Γιατί η τεχνολογία UWB είναι ενδιαφέρουσα ?Γιατί η τεχνολογία UWB είναι ενδιαφέρουσα ?

� Μοναδικές ιδιότητες εύρεσης θέσης� 1 cm ακρίβεια

� Χαµηλής ισχύος CMOS ποµποί� 100 φορές χαµηλότερες από τους αντίστοιχους της τεχνολογίας Bluetooth για την ίδια απόσταση και ρυθµό δεδοµένων

� Πολύ µεγάλοι ρυθµοί δεδοµένων (αν και έχουµε χαµηλή φασµατική απόδοση) -500 Mbps στα ~3.5 µέτρα

� 7.5 GΗz στο «ελεύθερο φάσµα» στην U.S.Α.� FCC (Federal Communications Commission) πρόσφατα νοµιµοποίησε τηνεµπορική χρήση στην USΑ

� Ανάθεση φάσµατος επικαλύπτει υπάρχοντες χρήστες, αλλά επιτρέπειεπίπεδα ισχύος πολύ χαµηλά για να ελαχιστοποιήσει τις παρεµβολές

� “Moore’s Law Radio”� Ρυθµοί δεδοµένων αυξάνονται ανάλογα µε τη µικρότερη διάρκειας παλµώνκαι αυτό επιτυγχάνεται µε γρήγορα κυκλώµατα CMOS

26


IEEE 802.15.4/ZigBee ραδιοδίκτυαIEEE 802.15.4/ZigBee ραδιοδίκτυα

� Χαµηλών ρυθµών µετάδοσης WPAN (Ασύρµατα προσωπικά δίκτυα) –

για επικοινωνίες < 30 meters.

� Ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων της τάξης των 20, 40, 250 kbps

� Τοπολογία αστέρα ή οµότιµη λειτουργία (peer-to-peer) operation, µέχρι

255 συσκευές ανά δίκτυο

� Υποστηρίζονται χαµηλής αντίδρασης συσκευές

� CSMA-CA (carrier sense multiple access with collision avoidance)

channel access

� Πολύ χαµηλή κατανάλωση ενέργειας: δίκτυα αισθητήρων

(ελεγχόµενοι από την µπαταρία κόµβοι, µεγιστοποίηση διάρκεια ζωής)

� Συχνότητα λειτουργίας στις ΙSM ζώνες

27


WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

� Πρότυπα (PHY στρώµα : IEEE 802.16 Wireless MAN οικογένεια/ETSIHiperMAN-BRAN) τεχνολογία,

� ”Last Mile” (υπαίθρια ασύρµατα ευρυζωνικά δίκτυα πρόσβασης, σανεναλλακτικός τρόπος µετάδοσης του καλωδίου και του DSL (MAN = Metropolitan Area Network). ∆ιάφορες ζώνες συχνοτήτων δυνατές.

� OFDM-based προσαρµοστική διαµόρφωση, 256 υποκανάλια. TDMA-based. ∆ιαφορικότητα στην κεραία diversity/MIMO δυνατότητα. Εξελιγµένοιαλγόροθµοι κωδικοποίησης και HARQ.

� Σταθερή, νοµαδική, φορητή και κινητή ασύρµατη συνδεσιµότητα χωρίς

την προϋπόθεση οπτικής επαφής µε τον σταθµό βάσης.

� Τυπικά κελιά από 3 έως 0 kms, αναµένεται να φτάσουν σε χωρητικότητες

µέχρι 40Mbps ανά κανάλι για σταθερή και φορητή πρόσβαση. � Για κινητούς χρήστες σε κελιά µέχρι 3km παρέχονται ταχύτητες µέχρι 15

Mbps. � WiMAX έχει ήδη ενσωµατωθεί σε labtops & PDAs. Ενδεχοµένως θα είναι

σηµαντικό κοµµάτι της 4G κινητών επικοινωνιών.

28


Ρυθµός ΜετάδοσηςΡυθµός Μετάδοσης

10 kbits/sec

100 kbits/sec

1 Mbit/sec

10 Mbit/sec

100 Mbit/sec

0 GHz 2 GHz1GHz 3 GHz 5 GHz4 GHz 6 GHz

802.11a

UWB

ZigBee

Bluetooth

ZigBee

802.11b

802.11g

3G

UWB

ΣυχνότητεςΣυχνότητεςΣυχνότητεςΣυχνότητες ΛειτουργίαςΛειτουργίαςΛειτουργίαςΛειτουργίας/ΦάσμαΦάσμαΦάσμαΦάσμα πουπουπουπου δεσμεύεταιδεσμεύεταιδεσμεύεταιδεσμεύεται

29


ΑπόστασηΑπόσταση

1 m

10 m

100 m

1 km

10 km


802.11a

UWB

ZigBee BluetoothZigBee

802.11b,g

3G

UWB

ΣυχνότητεςΣυχνότητεςΣυχνότητεςΣυχνότητες ΛειτουργίαςΛειτουργίαςΛειτουργίαςΛειτουργίας/ΦάσμαΦάσμαΦάσμαΦάσμα πουπουπουπου δεσμεύεταιδεσμεύεταιδεσμεύεταιδεσμεύεται

30


Κατανάλωση ΙσχύοςΚατανάλωση Ισχύος

1 mW

10 mW

100 mW

1 W

10 W


802.11a

UWB

UWB

ZigBee

Bluetooth

ZigBee

802.11bg3G

ΣυχνότητεςΣυχνότητεςΣυχνότητεςΣυχνότητες ΛειτουργίαςΛειτουργίαςΛειτουργίαςΛειτουργίας////ΦάσμαΦάσμαΦάσμαΦάσμα πουπουπουπου δεσμεύεταιδεσμεύεταιδεσμεύεταιδεσμεύεται

31


Αναδυόµενα ΣυστήµαταΑναδυόµενα Συστήµατα

� Αδόµητα ασύρµατα δίκτυα

� ∆ίκτυα αισθητήρων

� Κατανεµηµένου ελέγχου δίκτυα

32


Αδόµητα ∆ίκτυα (Ad-Hoc Networks)Αδόµητα ∆ίκτυα (Ad-Hoc Networks)

� Σηµείο-προς-σηµείο επικοινωνίες – οµότιµα δίκτυαPeer-to-peer communications.

� Χωρίς δοµή υποστήριξης- no backbone infrastructure (χωρίς ΒSs).� “Πραγµατικά ασύρµατα”! � ∆ροµολόγηση µπορεί να είναι πολυβηµατική «multihop».� Η τοπολογία είναι δυναµική στο χρόνο; Τα δίκτυα αυτό-οργανώνονται.� Χωρίς κεντρικό συντονισµό.� Πλήρως συνδέσιµα, ακόµα και µε διαφορετικά SΝIRs (λόγος σήµατος προς

θόρυβο συν παρεµβολή)

33


Θέµατα ΣχεδίασηςΘέµατα Σχεδίασης

� Τα αδόµητα δίκτυα παρέχουν µια ευέλικτη δοµή δικτύου για πολλέςαναδυόµενες εφαρµογές.

� Η χωρητικότητα τέτοιων δικτύων είναι εν γένει άγνωστη.

� Τεχνικές µετάδοσης, πρόσβασης και δροµολόγησης στα αδόµητα δίκτυα είναιακόµη ad-hoc...

� ∆ιαστρωµατική µοντελοποίηση είναι πολύ σηµαντική και πολύ ενδιαφέρουσα.

� Περιορισµοί ενέργειας επιβάλλουν ενδιαφέροντα σχεδιαστικά trade-offs γιαθέµατα επικοινωνίας και δικτύου.

34


∆ίκτυα Αισθητήρωνη ενεργεία είναι ο ορµητικός περιορισµός

∆ίκτυα Αισθητήρωνη ενεργεία είναι ο ορµητικός περιορισµός

� Οι κόµβοι συνήθως λειτουργούν χωρίς επαναφορτιζόµενες µπαταρίες.

� ∆εδοµένα (π.χ. µετρήσεις αισθητήρων) ρέουν προς µια κεντρική τοποθεσία (sink node, data fusion center).

� Χαµηλή ρυθµοί ανά κόµβο αλλά µέχρι 100,000 κόµβους.

� ∆εδοµένα αισθητήρων πολύ συσχετισµένα στο χώρο και στο χρόνο.

� Οι κόµβοι µπορούν να συνεργαστούν στη µετάδοση, στη λήψη στην συµπίεση και στην ε επεξεργασία σήµατος.

35


Ενεργειακά περιορισµένοι κόµβοιΕνεργειακά περιορισµένοι κόµβοι

� Κάθε κόµβος µπορεί να στείλει ένα πεπερασµένο αριθµό bits.� Η ενέργεια µετάδοσης ελαχιστοποιείται µεγιστοποιώντας το χρόνο µετάδοσης ενός bit� Η κατανάλωση ενέργειας αυξάνει µε το χρόνο µετάδοσης� Εισάγεται ένα delay vs. energy tradeoff -- καθυστέρηση vs. ενέργεια για κάθε bit!

� Μικρής κλίµακας δίκτυα πρέπει να λαµβάνουν υπόψη στη σχεδίαση ταυτόχρονα τηνκατανάλωση ενέργειας στη µετάδοση, στα κυκλώµατα και στην επεξεργασία.

� Πιο ραφινάτες τεχνικές µετάδοσης δεν είναι απαραίτητα ενεργειακά αποδοτικές! � Οι καταστάσεις «ύπνου» ανενεργές σώζουν ενέργεια αλλά κάνουν το δίκτυο πιοπολύπλοκο.

� Αλλάζουν όλα σχετικά µε τη σχεδίαση του δικτύου:� H ανάθεση bits πρέπει να βελτιστοποιείται σε όλη τη στοίβα του πρωτοκόλλου.� Καθυστέρηση vs. Ρυθµός διέλευσης vs. ∆ιάρκεια ζωής κόµβου δικτύου tradeoffs.� Βελτιστοποίηση της συνεργασίας των κόµβων.

36


Ρύθµιση ΦάσµατοςΡύθµιση Φάσµατος

� Το φάσµα είναι περιορισµένο «φυσικά» και χρησιµοποιείται από πολλούς.

� Το παγκόσµιο ράδιο-φάσµα ελέγχεται από την ∆ιεθνή Ένωση

Τηλεπικοινωνιών ITU-R (International Telecommunications Union)

� Στην Ευρώπη υπάρχει το ETSI (European Telecommunications Standardization Institute).

� Στις ΗΠΑ το FCC (Federal Communications Commission; Εµπορική χρήση) and OSM (Office of Spectral Management; Στρατιωτική χρήση).

� Στην Ελλάδα η ΕΕΤΤ www.eett.gr. (www.cept.org, www.ero.dk)

� To φάσµα µπαίνει σε πλειστηριασµό, ή πληρώνεται µε σταθερή τιµή , or

“given away- δωρίζεται” (ελεύθερες ζώνες συχνοτήτων).

� Κάποιο κοµµάτι του φάσµατος «αποταµιεύεται» για παγκόσµια χρήση.

37


ΠρότυπαΠρότυπα

� ∆ιαδραστικά συστήµατα απαιτούν προτυποποίηση (συµβατότητα, διαλειτουργικότητα)

� Τυπικά: εταιρείες επιθυµούν τα δικά τους συστήµατα να υιοθετηθούν ως πρότυπα!� Εναλλακτικά: δοκίµασε για “de-facto” πρότυπα

� Παγκοσµίως τα πρότυπα καθορίζονται από την ITU-T (International Telecommunications Union)

� Στην Ευρώπη από τον ETSI (European Telecommunications Standardization Institute)

� Στις ΗΠΑ από τον TIA (Telecommunications Industry Association)� IEEE πρότυπα συνήθως υιοθετούνται (επίσης παγκοσµίως)� ∆ιαδικασία γεµάτη µε ανεπάρκειες και ενδιαφέρουσες συγκρούσεις...

38


Κύρια ΣηµείαΚύρια Σηµεία

� Το ασύρµατο «όραµα» για το µέλλον περιλαµβάνει πολλά συναρπαστικάσυστήµατα και εφαρµογές

� Τεχνικές προκλήσεις διαπερνούν από όλα τα στρώµατα της σχεδίασηςσυστήµατος.

� Η διαστρωµατική µοντελοποίηση είναι πολύ σηµαντική στις σύγχρονες

κινητές/ασύρµατες επικοινωνίες.

� Υπάρχοντα και ανερχόµενα συστήµατα παρέχουν εξαιρετική ποιότητα γιασυγκεκριµένες εφαρµογές αλλά φτωχή διαλειτουργικότητα.

� Τα πρότυπα και η ανάθεση φάσµατος επιδρούν σηµαντικά στην ανάπτυξητων ασυρµάτων/κινητών τεχνολογιών.

39


Ε&ΑΕ&Α

e-mail: [email protected]

Ευχαριστώ για την

προσοχή σας !!!

Slide Series 1

Documents

international

federal communications

amp

uwb

wimax

bit

itu

dvb