PA160 Mobilní systémy Základní pojmy ■ Běžné pojetí: ■ Máme bezdrátové sítě ■ Můžeme se pohybovat a přitom být stále on-line PA160 2 Jaro 2006 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 Jaro 2006 Další klasifikace ■ Mobilita zařízení ■ Předávání ■ Autentizace ■ Mobilita osob ■ Různá zařízení, stejná osoba (identita!) ■ Mobilita služeb ■ Registrace ■ Autentizace PA160 3 Jaro 2006 Příbuzné pojmy ■ Ubiquitous computing ■ Pervasive computing ■ Wearable computers PA160 4 Jaro 2006 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 Jaro 2006 Otevřené problémy ■ (Bezdrátová) komunikace ■ Přenos prostředí ■ Fyzický (vlastní zařízení - a co se ztrátou/krádeží?) ■ Virtuální (vyžaduje alespoň základní infrastrukturu - zakončení virtuálního prostředí) ■ Omezený výkon ■ Procesor ■ Napájení ■ Komunikační kapacita ■ Chybovost PA160 6 Jaro 2006 Historie - počátky 1. Fáze bez mobilních telefonů ■ Světelná signalizace (kouřové signály, vatry, vlajky,...) ■ 1895 - bezdrátový přenos (Marconi) ■ 1901 - přenos přes Atlantik ■ 1906-radiové vysílání ■ 1911 - mobilní vysílač (na Zeppelinu) ■ 1915 - přenos hlasu (New York-San Francisco) ■ 1926 - telefon ve vlaku (Hamburk-Berlín) ■ 1926 - rádio v autě ■ 1928-TV PA160 7 Jaro 2006 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 Jaro 2006 Historie - směrem k přenosu dat ■ Bezdrátové sítě ■ 1996-HiperLAN ■ 1997 - Wireless LAN (IEEE 802.11, WiFi, 2,5 a 5GHz)) ■ 1998-GPRS ■ 2000 - UMTS ■ Budoucnost? PA160 9 Jaro 2006 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/kanál ■ „Buněčná" organizace ■ Hlavní cíl: zvýšení kapacity ■ Řada dříve neexistujících problémů PA160 10 Jaro 2006 Problémy s buněčnou organizací ■ Technologické ■ Předávání komunikace mezi buňkami (viz též rozdělování buněk) ■ Pokrytí ■ Bezpečnost ■ Šířka spektra ■ Obchodní ■ Vysoké počáteční náklady ■ Vztah cena a kvalita poskytované služby ■ Licencování pásem PA160 11 Jaro 2006 Organizace buněčného systému ■ Bázové stanice a vlastní přepínací (switching) systém ■ 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 Jaro 2006 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 vypne) * Sít „zavolá" přes všechny buňky v oblasti PA160 13 Jaro 2006 Předáváni (handoff) a roaming ■ 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 PA160 14 Jaro 2006 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 Jaro 2006 Bezdrátová sít ■ Infrastruktura ■ Stanice a brána ■ Většinou komunikace s externím světem ■ Ad hoc sítě ■ Přímé propojení ■ Relativně malý rozsah ■ Service discovery PA160 16 Jaro 2006 Ad hoc sítě Primární problém: směrování ■ Uzly se musí „poznat" ■ Uzly se pohybují ■ Uzly se mohou dostat mimo dosah ■ Triviální strategie: záplava (flooding) ■ Zlepšení: poloměr záplavy 60 17 Mobile IP ■ Většina problémů probrána v rámci diskuse IPv6 ■ Přibývá specifický problém handoff/handover ■ Nová stanice oznamuje předem, že přebírá mobilní zařízení ■ Dočasné přesměrování paketů z jedné stanice na druhou ■ TCP ■ Výpadek chápan jako oznámení přetíženísítě (nemusí být pravda v bezdrátových sítích) ■ Řešení pomocí „proxy": l-TCP (indirect) * Základní stanice obsluhující klienta * Falešné potvrzení o doručení * Bezpečnost (end to end) PA160 * Umí migrovat spojení is jar02oo6 Další varianty TCP ■ TCP s nasloucháním (snooping TCP) ■ Varianta předchozího (transparentní proxy) ■ Stanice musí analyzovat veškerá data a rozeznávat ACK ■ 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 PA160 19 Jaro 2006 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 PA160 20 Jaro 2006 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 Hop Synchronization) Paging: ■ Navázání spojení 60 22 Paging proces ■ Jednotka na počátku ve STANDBY modu ■ Každých 1,28s (nebo 2,56 s) se „probudí" a na jednom kanálu zkusí naslouchat ■ Paging iniciován vždy master uzlem ■ Pošle 16 identických sekvencí na různých 16 kanálech * Odhad dělá na základě vnitřních hodin a znalosti zařízení (-8+7) ■ Opakuje 128 nebo 256 krát ■ V případě neúspěchu opakuje na zbývajících 16 kanálech ■ Nejpozději za 2,56 (5,12 s) se spojí ■ Inquiry analogické (může potřebovat tři průchody) PA160 23 Jaro 2006 Sítě sensorů ■ Sít sensorů ■ Tisíce jednotek současně pracujících ■ Automatický sběr a analýza dat mezi sensory ■ Vysílání zpracovaných dat na větší vzdálenosti (příapdně non-real time sběr uložených dat) ■ Vlastnosti ■ Vysoký počet uzlů ■ Výpadky časté (nemožnost opravy) ■ Omezená kapacita (napájení, datová, výpočetní, komunikační,...) PA160 24 Jaro 2006