Arquitecturas y Servicios de Redes sin Hilos

Arquitecturas y Servicios de Redes
sin Hilos
Introducción y conceptos básicos (1/2)
1
Introducción
 Introducción




Introducción y Evolución
Redes de telefonía móvil
Redes datos inalámbricas
Coberturas y espectro radioeléctrico
 Conceptos básicos
UDC
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Móviles
2
Introducción
 Ejemplos
 Mandos a distancia: garajes, equipos
domésticos
 Walkie talkies
 Buscas (pagers)
 Teléfonos inalámbricos
 Teléfonos móviles (celulares)
 Redes de datos
 Satélites
UDC
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3
Introducción
 Definiciones
 Antiguamente: Móvil es cualquier terminal
radio que puede moverse durante su
funcionamiento
 Actualmente
 Móvil: terminal radio que puede moverse a
gran velocidad
 Portable: terminal radio que puede llevar una
persona en mano a velocidad a pie
UDC
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4
Introducción
 Dificultades
 Aplicaciones diversas => problemas diversos
 Voz
 baja velocidad (~20 kbps)
 gran tolerancia a fallos (BER ~ 10-3)
 soporta poca latencia (< 30 ms)
 Datos
 alta velocidad (1~10 Mbps)
 baja tolerancia a fallos (BER < 10-8)
 latencia sin importancia (puede ser variable)
UDC
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Introducción
 Vídeo
 alta velocidad
 tolerancia a fallos
 poca latencia y constante
 Pagers
 baja velocidad
 poca tolerancia a fallos
 latencia no importa
 Espectro limitado, regulado y caro
 Propagación compleja
 Con cableado es “fácil” cubrir todos los
objetivos (Gbps, BER 10-12, …)
UDC
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Evolución
 Comunicaciones inalámbricas




Mayor crecimiento industria comunicaciones
Crecimiento exponencial
Sustitutos cableados
Nuevas aplicaciones
 Penetración rápida
 Telefonía celular ~ Televisión
 Como consecuencia de tecnología y bajo coste
UDC
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Evolución
altos costes y
dificultades técnicas
UDC
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Evolución
 Historia
 Marconi (1895) primer sistema inalámbrico
 ~30 Km
 Inicialmente poco interés frente cableado
 Ethernet (1970) => 10 Mbps
 1985 => banda ISM => wireless LANs
 WLAN inicio
 caras
 lentas
 Actualmente 802.11
 Crecimiento exponencial
 Riesgo de fracaso por éxito
UDC
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Evolución
UDC
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Evolución
UDC
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Evolución
UDC
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Telefonía móvil: orígenes
 Telefonía móvil => ejemplo de éxito
 1934 => AM







UDC
58 sistemas de policía en EEUU
Mediados años 30 => 5000 sistemas
Interferencias con motores => FM
Sistemas muy pesados y caros
Baja calidad de servicio
Sensibles a interferencias
Principios 80s => menos de 1.000.000
usuarios
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Telefonía móvil: orígenes
UDC
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Telefonía móvil: 1G
 1950 ~1960 => Sistema Celular
 Laboratorios ATT Bell
 Potencia señal cae con distancia
 más capacidad
 menos potencia
 1981~1983 => 1G





Analógico FM
FDMA
Saturado en 1984
Éxito inesperado
Necesidad eficiencia => digital




Advanced Mobile Phone System (AMPS)
Nordic Mobile Telephone (NMT)
European Total Access Communication System (ETACS)
Nippon Telephone and Telegraph system (NTT)
 Sistemas
 Crecimiento usuarios 30~50% anual
 1990 10 millones usuarios
UDC
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Telefonía móvil: 2G
 1990 (principio) => 2G
 Digital
 TDMA, FDMA, CDMA






Mejor eficiencia espectral. Reducción potencia tx
Mayor capacidad
Menor coste.
Flexibilidad y nuevos servicios: fax, sms.
Ventajas: encriptado, evitar fraude
Varias tecnologías:
 GSM
•
•
Europa (900, 1800 MHz)
EEUU (850, 1900 MHz)
 IS-95, IS-136, PDC …
UDC
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Telefonía móvil: 2G
UDC
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Telefonía móvil: 2G
 GSM
(Group Special Mobile / Global System for Mobile)





Europa
TDMA
8 time-slots de 0.57 ms
Usuario transmite (recibe) cada 8 slots
GMSK (Gaussian Filtered Minimum Shift Keying)
 270.833 kbps
 200 kHz por canal
 En 2002




UDC
66% del mercado global
470 operadores
172 países
646 millones usuarios
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Introducción
UDC
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Telefonía móvil: evolución 2G
UDC
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Introducción
UDC
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Telefonía móvil: 3G
 3G
 IMT-2000 (International Mobile Telephone)
 Frecuencia global en 2000 MHz
•
Subasta de licencias (~40.000 millones $)
•
2G GSM, IS-136, PDC -> 3G UMTS (W-CDMA)
•
2G CDMA -> 3G CDMA2000
 Compatibilidad con 2G
 3GPP (3G Partnership Project)
 3GPP2 (3G Partnership Project)
 Cronológicamente
 Japón primeros en migrar
•
Permitido uso espectro 3G para 2G
•
Licencias de uso de espectro costosas
•
•
Implantación más lenta
Permite uso de espectro 1G y 2G para 3G: no pagos por
licencias
 Europa y Asia
 EEUU
UDC
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Telefonía móvil: 3.5G y 4G
 3.5G
 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)







Optimización espectro UMTS/WCDMA
Compatibilidad UMTS/CDMA
Canal downlink compartido
14 Mbps máximo y throughput medio de 1 Mbps
MIMO
Diseñado para aplicaciones tiempo real
Evolución: HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) ó 3.75G
 4G
 Integración de redes (cable e inalámbricas)
 Software Defined Radios, IP
 100 Mbps (movimiento) 1 Gbps (reposo) con QoS
UDC
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Telefonía inalámbrica
 PCS (Personal Communications Services)
 1970 aparición en EEUU
 calidad baja
 Enlaces inalámbricos conexión RTC
 Bajo coste y movilidad
 Alcance una casa
 Actualmente parecidos a sistemas celulares
 No coordinación entre bases => interferencias
 Spread spectrum
UDC
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UDC
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UDC
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UDC
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Redes de datos inalámbricas
 90’s (princ.): Wireless LAN
 Ad Hoc / Infraestructura
 Banda libre
 ISM (Industrial, Scientific, Medical)
 0.9, 2.4, 5.8 GHz
 UNII (Unlicensed National Information
Infrastructure)
 5 GHz
 Ventajas vs Problemas: riesgo fracaso por
éxito
UDC
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Redes de datos inalámbricas
UDC
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Redes de datos inalámbricas
 Historia
 WLAN
 900 MHz
 1-2 Mbps (FHSS, DSSS, IR)
 Protocolos propietarios / incompatibles
 IEEE 802.11b (WIFI, Wireless Fidelity)
 2.4 GHz (83.4 MHz)
 11 Mbps (6 Mbps) ~ 100 metros (DSSS)
 IEEE 802.11a (WIFI5)
 5 GHz (300 MHz)
 54 Mbps (32 Mbps) ~ 30 m (OFDM)
 IEEE 802.11g
 2.4 GHz (83.5 MHz)
 54 Mbps (20 Mbps) (OFDM)
 HIPERLAN (Europa)
 ≈ IEEE 802.11g + control de potencia + QOS => 802.11h
 Mayor pot. (~ 50/100 m)
UDC
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Redes de datos inalámbricas
UDC
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Redes de datos inalámbricas
UDC
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Redes de datos inalámbricas
 Bluetooth
 Menor coste y consumo
 Sustitución cables corto alcance
 teclados, ratones, impresoras …
Clase 2 => 1mW pot. => 10 m
Clase 1 => 100 mW => 100 m
Banda ISM: 2.4 GHz
723,2 kbps asíncronos
FH portadoras (80) separadas 1MHz
Desarrollado por: Ericsson, 3Com, Intel, IBM, Lucent,
Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba.
 Alternativas






 Reducción consumo => ZigBee
 Sensores con larga duración batería (años)
 Aumento de velocidad => UWB
UDC
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Redes de datos inalámbricas
 WLL (Wireless Local Loop)
 “Última milla”
 Nuevos operadores
 WiMax
IEEE 802.16
Sin línea visión 2 y 11 GHz
Con línea de visión 10 y 66 GHz
15 (móviles) a 40 Mbps (fijos) a Kms (~ 45
Kms)
 OFDM
 Compite con WLANs, 3G y DSL




UDC
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Redes de datos inalámbricas
 LDMS (Local Multipoint Distribution Service)
 Celular
 Solución para nuevos operadores
 fácil competencia con redes cableadas
 28 GHz y 40 GHz
 Distancias “cortas” (celda promedio de 4 Km)
 MMDS (Multichannel Multipoint Distribution
System)




UDC
Sistema distribuido metropolitano
30 a 50 km
Distribución TV
= Hiperaccess en Europa
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Redes de datos inalámbricas
 Redes satelitales
 GEO (Órbita Terrestre Geosíncrona)




Órbita Clarke
Órbita circular con inclinación cero (ecuatorial)
Altitud 35.786 km
Período de 24 horas, misma rotación que la tierra

Fijo en un punto del cielo: asegura continuidad de operación

Pocos satélites

RTT=0.24 sg
 Un satélite cubre el 43% de la superficie de la tierra
 Round Trip Time
 Los más habituales
 MEO (Órbita Terrestre Media)
 8.000 ~ 20.000 km con 50º inclinación
 Período de 6 horas


Más satélites: 10 a 15 para continuidad de servicio
RTT=0.06 ~ 0.14 sg
 Usados para posicionamiento
UDC
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Redes de datos inalámbricas
 LEO (Órbita Terrestre baja altura)
 500 - 2.000km con 90º de inclinación
 Hora y media de período
 Baja latencia: 3.3 ms
 Válidos para comunicación de voz
•
Latencia máxima voz: 30 ms
 Tipos
 pequeños: pocos kbps
•
Buscapersonas
 grandes: cientos kbps
•
telefonía (IRIDIUM), transmisión datos
 banda ancha (megaLEO): Mbps
 Hale (plataformas gran altura)
 ~ 21 Km altura
 experimentales
UDC
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Redes de datos inalámbricas
LEO
GEO
MEO
LEO: 500 - 2000 km
MEO: 8,000 - 20,000 km
GEO: 35.786 km
UDC
LEO: Low Earth Obit
MEO: Medium Earth Orbit
GEO: Geostationary Earth Orbit
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Cobertura y espectro radioelétrico
 Espectro radioeléctrico
 ITU (International Telecommunications Union)
 FCC (Federal Communications Commission)
 ETSI (European Telecommunications Standars Institute)
 CMT
 Asignación
 Subasta al mejor postor
 Asignación bloques para propósitos específicos
 Pérdida de competencia => grandes empresas
 Uso de bandas no licenciadas
 ISM
 Problema de saturación
 Sistemas “underlay”
 Uso del espectro de usuarios principales
 Usuarios secundarios => mínima interferencia
 Ej. UWB
UDC
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Cobertura y espectro radioelétrico
 Asignación actual RF
 30 MHz a 40 GHz
 No afectadas por curvatura terrestre
 Pequeñas antenas
•
UDC
Tamaño inversamente proporcional a la frecuencia
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Cobertura y espectro radioelétrico
UDC
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Cobertura y espectro radioelétrico
 Cobertura
UDC
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Cobertura y espectro radioelétrico
UDC
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