Vestavné mikropočítačové systémy 11. Týden – bezdrátové komunikace I (WiFi, WiMAX)
„Zkuste to bez drátů, milý Marconi“ Vysoká flexibilita Žádná nezbytná infrastruktura (kromě napájení) Jednoduché změny topologie – přemístění uzlů, rozšiřování Komunikace využívající radiový kanál jsou regulovány licenční pásma – nutnost získání licence na provoz od regulačního úřadu , za licenci se (draze) platí , držitel licence se nemusí o přidělené pásmo s nikým dělit profesionální využití „bezlicenční“ pásma – tzv. generální povolení umožňuje komukoliv při dodržení podmínek a za použití schválených zařízení používat tato pásma , je třeba počítat s koexistencí s dalšími uživateli Pro využití není mobilita (nutnou) podmínkou Stacionární využití – terminál vždy na jednom místě a nehýbe se Nomadické využití – terminál se může pohybovat, ale během provozu je vždy na daném místě a nepohybuje se Mobilní využití – terminál může komunikovat i za pohybu „pomalá“ mobilita – chůze, pomalá jízda „rychlá“ mobilita – rychlá jízda např. vlak, dálnice
Bezdrátový standard kam se podíváš… Existuje řada standardů a technologií pro specifické způsoby využití WiFi – lokální sítě (WLAN) WiMAX – metropolitní sítě (WMAN) Bluetooth IEEE 802.něco UWB (WPAN) ZigBee GSM Radiomodemové sítě RFID
IEEE 802.něco Normy IEEE 802.něco definují datové komunikační standardy včetně těch bezdrátových
WiMAX není WiFi na maximum WiFi – nepředstavuje žádnou zkratku, slovní hříčka k Hi-Fi Neformálně: označuje technologie vycházející z IEEE 802.11 Formálně: jen to, co úspěšně prošlo testy sdružení WiMAX Forum Vznikla jako technologie pro koncového uživatele Pro nasazení v rámci „posledního metru“ Typicky indoor, uvnitř budov V rámci bezdrátových lokálních sítí – WLAN Pro použití v bezlicenčním pásmu WiMAX – Worldwide Interoperability for Microwave Access Neformálně: označuje technologie vycházející z IEEE 802.16 Formálně: jen to, co úspěšně prošlo testy Wi-Fi Aliance Vznikl jako technologie pro providery Pro nasazení v rámci „poslední míle“, alternativa k DSL či kabelu Převážně outdoor, vně budov V rámci bezdrátových metropolitních sítí – WMAN Pro použití spíše v licenčním pásmu (ale i v bezlicenčním)
Vlastnosti IEEE 802.11 (WiFi) 802.11 – původní specifikace Pásmo 2,4 GHz, přenosová rychlost max. 2 Mbit/s Technologie rozprostřeného spektra (spread-spectrum) FHSS – 75 kanálů s šířkou 1 MHz DSSS – 14 kanálů s šířkou 22 MHz (tato varianta se vyskytuje častěji) Přístupová metoda CSMA/CA Dosah 30/90 m (uvnitř budov/volné prostranství) 802.11a Pásmo 5 GHz, přenosová rychlost max. 54 Mbit/s Zatím není v pásmu 5 GHz takový provoz jako v pásmu 2,4 GHz OFDM modulace, 52 nosných, BPSK, QPSK, 16(64)QAM se zhoršujícími se vlastnostmi kanálu se volí robustnější modulace 12 (někde 24 – ne v Evropě) kanálů po 20 MHz
Vlastnosti IEEE 802.11 (WiFi) 802.11b – první inovace původního standardu Přenosová rychlost max. 11 Mbit/s Pouze DSSS, FHSS jen kvůli zpětné kompatibilitě S anténami s vyšším ziskem se lze dostat až několik km 802.11g – druhá inovace původního standardu Přenosová rychlost max. 54 Mbit/s Výhradně OFDM, DSSS jen kvůli zpětné kompatibilitě Zařízení jsou obvykle kompatibilní s variantou b a značí se b/g 802.11h – varianta 802.11a pro Evropu Pásmo 5G Hz zahrnuje dynamický výběr kanálu a řízení výkonu, odolnější vůči rušení 802.11n – zatím poslední varianta standardu 2,4 GHz resp. 5 GHz, rychlost až 100 Mbit/s Prostorové multiplexování, MIMO (Multiple In/Multiple Out) – více vysílacích/přijímacích antén
Pásmo 2,4 GHz
Pásmo 2,4 GHz Povolen EIRP 100 mW (20 dBm) při použití směrových antén je třeba snížit vysílací výkon! Kabely, konektory, pigtaily, bleskojistky mají podle kvality útlum desetin až jednotek dB resp. dB/m AP co nejblíže k anténě http://cz.jirous.com/vypocet-wifi
DSSS Přenášené symboly (bity) se „rozprostírají“ pomocí 11-ti chipové rozprostírací sekvence Výsledek zabírá širší pásmo a má nižší výkonovou hustotu Dobré autokorelační vlastnosti, kódový zisk 10,4 dB
Struktura sítě 802.11 Ad-hoc sítě Stacionární sítě Přímá komunikace mezi uzly bez síťové infrastruktury Dočasná peer-to-peer komunikace Stacionární sítě Infrastruktura (DS – Distribution System) založená na stacionárních přístupových bodech tzv. access-pointech, součástí je zpravidla i most do pevné sítě (Ethernet) Každý AP obsluhuje oblast označovanou jako BSA (Basic Service Area) Skupina uzlů řízených jedním AP se označuje BSS (Basic Service Set) Oblast pokrytá více AP propojených DS se nazývá ESA (Extended Service Area), kompletní bezdrátová síť pak ESS (Extended Service Set) Síť je identifikována prostřednictvím SSID
Zabezpečení v 802.11 WEP (Wired Equivalent Privacy) součást původního standardu 802.11 proudová šifra RC4 se 40 bitovým klíčem spolu s 24 bitovým inicializačním vektorem 64 bitů po odstranění vládních (USA) restrikcí 104 bitů (celkem 128) cílem bylo zajistit stejnou úroveň bezpečnosti jako po metalickém vedení, tzn. ochránit soukromí uživatelů proti „nechtěnému odposlechu“ lze prolomit v řádu minut (i delší klíče) WPA (WiFi Protected Access) podle pracovní verze (draft 3) IEEE802.11i stejná šifra (RC4), ale delší inicializační vektor (48 b) a klíč (128 b) dynamická změna klíče autentikace rámců, detekce podvržených rámců IEEE 802.11i (WPA2) Využívá blokovou šifru AES (Advanced Encryption Standard) umožňuje zajistit integritu, utajení a autentizaci
Základní pravidla zabezpečení Vypnout vysílání Beacon rámců – síť pak sama aktivně „nepropaguje“ svůj SSID Změnit standardní SSID nicméně SSID lze vždy odposlechnout Omezit přístup podle MAC náročné na správu, musí se nastavovat na všech AP navíc neúčinné, protože povolené MAC adresy lze odposlechnout Využívat WPA nebo alespoň WEP Vyhradit pro WiFi DS samostanou VLAN Používat zabezpečené protokoly na vyšších vrstvách, VPN apod.
Vlastnosti IEEE 802.16 (WiMAX) IEEE 802.16 – původní standard určen pro provoz mezi 1066 GHz (ne v celém pásmu najednou!) využívá OFDM modulaci (256 nosných) TDMA s proměnnou délkou časového slotu IEEE 802.16a – update i pro 2 – 11 GHz IEEE 802.16d (správně 802.16-2004) také nazýván „fixed“ WiMAX podle této verze pracuje velká většina současných implementací IEEE 802.16e (správně 802.16e-2005) také nazýván „mobile“ WiMAX SOFDMA (Scalable OFDMA), mění počet OFDM nosných při změně šířky kanálu (konstantní rozestup) využití MIMO technologie, využití adaptivních anténních systémů – směrování vysílání bez natočení antén výkonné FEC – Turbo kódy, LDPC kódy přidána QoS podpora pro VoIP přidána podpora pro mobilitu síťového terminálu
Vlastnosti IEEE 802.16 (WiMAX) Základnová stanice a kokoncové zařízení architektura point – multipoint dosah až 50 km (8000 km2) přenosová rychlost až 100 Mbit/s
Porovnání WiFi vs WiMAX Kanály o šířce 20 MHz se vzájemně překrývají AP je schopen efektivně obsluhovat několik málo desítek uživatelů Nedeterministické řízení pouze prioritní přístup negarantuje maximální zpoždění pro audio a video Deklarovaný dosah do 100 m komunikace se vzdálenými uživateli brzdí i ty blízké Nepřekrývající se kanály s šířkou pásma od 1,5 do 20 MHz Základnová stanice může obsluhovat tisíce uživatelů Deterministické řízení QoS podpora pro audio a video možnost separátního řízení QoS pro jednotlivé uživatele Deklarovaný dosah do 50 km nezáleží na rozdílu vzdáleností uživatelů
Porovnání WiFi vs WiMAX Toleruje vícecestné šíření s rozdílem do 0,8 s Podpora pro inteligentní antény až v připravovaném 802.11n Zpočátku problémy se zabezpečením Osvědčená technologie, dlouholeté provozní zkušenosti Velmi levné řešení Pouze bezlicenční pásma mohou být problémy s rušením Toleruje vícecestné šíření s rozdílem do 10 s Podporuje i „mesh“ struktury a moderní „inteligentní“ antény Od počátku kvalitní zabezpečení komunikace Nová technologie mnoho implementací nedosahuje maxima možností nyní dostupná jen 802.16d Zatím dražší Licencovaná i bezlicenční pásma