WLAN: Wireless Local Area Networks - IEEE 802.11 Corso Comunicazioni Wireless A. Tonello

WLAN: Wireless Local Area Networks

              IEEE 802.11

       Corso Comunicazioni Wireless
               A. Tonello

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Standard IEEE 802.11

• Famiglia di Standard

• Wi-Fi (Wireless Fidelity) è un’associazione creata per certificare la
 interoperabilità dei prodotti 802.11b

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Standard Approvati o in Fase di Studio dall’IEEE

•    IEEE 802.11 - Lo standard originale 2 Mbit/s, 2.4 GHz
•    IEEE 802.11a - 54 Mbit/s, 5 GHz standard (1999, approvato nel 2001)
•    IEEE 802.11b - Miglioramento del 802.11 col supporto di 5.5 e 11 Mbit/s (1999)
•    IEEE 802.11d - Libero
•    IEEE 802.11e - Miglioramento: Gestione della qualità del servizio.
•    IEEE 802.11F - Inter-Access Point Protocol (IAPP)
•    IEEE 802.11g - 54 Mbit/s, 2.4 GHz standard (compatibile con il 802.11b) (2003)
•    IEEE 802.11h - 5 GHz spectrum, Dynamic Channel/Frequency Selection (DCS/DFS) e
     Transmit Power Control (TPC) per compatibilità con l'Europa
•    IEEE 802.11i - Miglioramento della sicurezza
•    IEEE 802.11j - Estensione per il Giappone
•    IEEE 802.11k - Misurazione delle sorgenti radio
•    IEEE 802.11n - Aumento della banda disponibile
•    IEEE 802.11p - WAVE - Wireless Ability in Vehicular Environments
•    IEEE 802.11r - Roaming rapido
•    IEEE 802.11s - Gestione della topologia della rete
•    IEEE 802.11T - Gestione e Test
•    IEEE 802.11u - Connessione con reti non 802 , tipo le reti cellulari.
•    IEEE 802.11v - Gestione delle reti wireless

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Architettura

•   Distribution system (DS)
•   Access point (AP)
•   Basic service set (BSS)
     – Stations competing for access to shared wireless medium
     – Isolated or connected to backbone DS through AP
•   Extended service set (ESS)
     – Two or more basic service sets interconnected by DS
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Access Point

• Gli access point (AP) forniscono :

    •   Controllo accessi
    •   Instradamento        dei    pacchetti
        verso gli altri host della LAN
    •   Registrazioni dei nodi                  ACCESS
    •   Roaming: spostamento di un              POINT
        nodo fra due celle adiacenti

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IEEE 802.11 Strati Protocollari

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Relazioni tra Livelli

• TCP/IP viene indicato a titolo esemplificativo
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Funzioni dello Strato Fisico

– Generazione burst:

  trasmissione/ricezione bit, inserimento preambolo, etc.

– Codifica/decodifica

– Modulazione/demodulazione

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Funzioni del MAC e del LLC

•    The logic required to manage access to a shared-access medium not
     found in traditional layer 2 data link control

•    Functions of medium access control (MAC) layer:

      – On transmission, assemble data into a frame with address and error detection
        fields
      – On reception, disassemble frame and perform address recognition and error
        detection
      – Govern access to the LAN transmission medium

•    Functions of logical link control (LLC) Layer:

      – Provide an interface to higher layers and perform flow and error control

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MAC Frame ed LLC Packet Data Unit (PDU)

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Formato del MAC Frame

•   MAC control

    – Contains Mac protocol information

•   Destination MAC address

    – Destination physical attachment point

•   Source MAC address

    – Source physical attachment point

•   CRC

    – Cyclic redundancy check

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LLC and MAC Layer

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MAC

•   MAC layer covers three functional areas:

     – Reliable data delivery

     – Access control

     – Security

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Architettura Protocollo

Distributed foundation wireless MAC:

    • Distributed access control (DCF uses a contention scheme)

    • Optional centralized control (PCF uses a contention-free scheme)
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Distributed Coordination Function

•    DCF sublayer uses:

      – CSMA (carrier sense multiple access) with collision avoidance

      – It does not include collision detection (hard in a WLAN)

      – It includes a set of delays for priority called inter frame space (IFS)

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Trasmissione Affidabile

•   More efficient to deal with errors at the MAC level than at higher layer (such as
    TCP)

•   Two frame exchange protocol
     – Source station transmits data
     – Destination responds with acknowledgment (ACK)
     – If source doesn’t receive ACK, it retransmits frame

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Hidden Node Problem

  Una stazione può non sentire una trasmissione in corso, in
  quanto essa è troppo lontana dal mittente, ma abbastanza
  vicina al destinatario da poter interferire se decidesse di
  trasmettere (hidden node)

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Soluzione

•   Four frame exchange
     – Source issues request to send (RTS)
     – Destination responds with clear to send (CTS)
     – Source transmits data
     – Destination responds with ACK

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Medium Access Control Logic

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Valori di IFS

The scheme is refined to grant for priority using three values for the IFS

•   Short IFS (SIFS)
     – Shortest IFS
     – Used for immediate response actions

•   Point coordination function IFS (PIFS)
     – Midlength IFS
     – Used by centralized controller in PCF scheme when using polls

•   Distributed coordination function IFS (DIFS)
     – Longest IFS
     – Used as minimum delay of asynchronous frames contending for
        access

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Uso degli IFS

•   SIFS
     – Acknowledgment (ACK)
     – Clear to send (CTS) at a request to send frame (RTS)
     – Poll response

•   PIFS
     – Used by centralized controller in issuing polls
     – Takes precedence over normal contention traffic

•   DIFS
     – Used for all ordinary asynchronous traffic

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Basic Access Method

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Four Frames Scheme

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PCF Method

•   The AP locks out all asynchronous traffic by issuing polls using PIFS that
    is shorter than DIFS in a round-robin fashion
•   It waits for a poll response
•   A superframe is devided in a contention-free and contenion period in order
    to allow for the second

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Miglioramento Capacità Sistema

 Per diminuire la probabilità di errore sui pacchetti l’IEEE 802.11
 ammette la frammentazione dei frame in parti più piccole

      • I frammenti sono numerati ed ognuno riceve un suo ACK
      specifico (protocollo stop and wait)

      • Aumenta la capacità di canale perché vengono ritrasmessi solo
      i frammenti danneggiati

Se p e’ la probabilità che un bit sia corrotto da rumore, allora la
probabilità che un frame di n bit sia ricevuto senza errori sarà

                                (1 − p )     n

                                                                        25

Frammentazione

•    Trasmissione di un frame come sequenza di frammenti

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Physical Layer

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Standard IEEE 802.11

•   Direct-sequence spread spectrum
     – Operating in 2.4 GHz ISM band
     – Data rates of 1 and 2 Mbps

•   Frequency-hopping spread spectrum

     –   Operating in 2.4 GHz ISM band
     –   Data rates of 1 and 2 Mbps
     –   79 canali per il frequency hopping di 1 MHz di ampiezza
     –   Salti di 6 MHz

•   Infrared
     – 1 and 2 Mbps
     – Wavelength between 850 and 950 nm

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IEEE 802.11 .a and .b

•   IEEE 802.11b

    –   Provides data rates of 5.5 and 11 Mbps in the 2.4 GHz band
    –   Complementary code keying (CCK) modulation scheme
    –   Chip rate di 11 MHz
    –   Il data rate è adattabile dinamicamente da 1 a 11Mbps durante il
        funzionamento in base alle condizioni di rumore del canale e carico
        della rete.

•   IEEE 802.11a

    – Makes use of 5-GHz band
    – Provides rates of 6, 9 , 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps
    – Uses orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)
    – Subcarrier modulated using BPSK, QPSK, 16-QAM or 64-QAM
    – Ogni canale è diviso in 52 portanti: 48 frequenze per i dati e 4
      frequenze pilota per la sincronizzazione
    – A 54 Mbps, 216 bit di dati sono codificati in simboli da 288 bit (codifica
      3/4), inviati a gruppi di 6 bit per portante
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IEEE 802.11g

•   Una versione evoluta dello standard IEEE 802.11b è IEEE 802.11g
    (approvata nel 2001).

•   Fino a 54 Mbps con modulazione OFDM su 52 canali come IEEE 802.11a,
    ma opera nella banda ISM dei 2.4 GHz come IEEE 802.11b (necessario
    in Europa, perché la banda dei 5 GHz non è libera)

•   Compatibile con 802.11b: una stazione 802.11g può funzionare anche
    come 802.11b

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Pacchetto PHY IEEE 802.11a

•    Ts=50 ns
•    Preambolo costituito da simboli OFDM (acquisizione portante)
•    T1 e T2 sono simboli di training (sincronizzazione fine)
•    SIGNAL: contiene informazione circa la velocità di TX e il numero di simboli OFDM
•    Simboli OFDM: 64 portanti di cui 48 per i dati.

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