Comunicazione wireless - Guida rapida

La comunicazione wireless prevede la trasmissione di informazioni a distanza senza l'ausilio di fili, cavi o altre forme di conduttori elettrici.

La comunicazione wireless è un termine ampio che comprende tutte le procedure e le forme di connessione e comunicazione tra due o più dispositivi utilizzando un segnale wireless tramite tecnologie e dispositivi di comunicazione wireless.

Caratteristiche della comunicazione wireless

L'evoluzione della tecnologia wireless ha portato molti progressi con le sue caratteristiche efficaci.

  • La distanza trasmessa può essere compresa tra pochi metri (ad esempio, il telecomando di un televisore) e migliaia di chilometri (ad esempio, comunicazioni radio).

  • La comunicazione wireless può essere utilizzata per la telefonia cellulare, l'accesso wireless a Internet, la rete domestica wireless e così via.

  • Altri esempi di applicazioni della tecnologia wireless radio includono unità GPS, apriporta da garage, mouse per computer wireless, tastiere e auricolari, cuffie, ricevitori radio, televisione satellitare, televisione di trasmissione e telefoni cordless.

Wireless - Vantaggi

La comunicazione wireless implica il trasferimento di informazioni senza alcuna connessione fisica tra due o più punti. A causa di questa assenza di qualsiasi "infrastruttura fisica", la comunicazione wireless presenta alcuni vantaggi. Ciò spesso include il collasso della distanza o dello spazio.

La comunicazione wireless presenta diversi vantaggi; i più importanti sono discussi di seguito:

Efficacia dei costi

La comunicazione cablata prevede l'uso di cavi di collegamento. Nelle reti wireless, la comunicazione non richiede infrastrutture fisiche elaborate o pratiche di manutenzione. Quindi il costo è ridotto.

Example - Qualsiasi azienda che fornisce servizi di comunicazione wireless non sostiene molti costi e, di conseguenza, è in grado di addebitare a basso costo per quanto riguarda le tariffe dei suoi clienti.

Flessibilità

La comunicazione wireless consente alle persone di comunicare indipendentemente dalla loro posizione. Non è necessario essere in un ufficio o in qualche cabina telefonica per passare e ricevere messaggi.

I minatori nell'entroterra possono fare affidamento sui telefoni satellitari per chiamare i loro cari e, quindi, contribuire a migliorare il loro benessere generale tenendoli in contatto con le persone che significano di più per loro.

Convenienza

I dispositivi di comunicazione wireless come i telefoni cellulari sono abbastanza semplici e quindi consentono a chiunque di utilizzarli, ovunque si trovino. Non è necessario collegare fisicamente nulla per ricevere o passare messaggi.

Example- I servizi di comunicazione wireless possono essere visti anche nelle tecnologie Internet come il Wi-Fi. Senza cavi di rete che ostacolano il movimento, ora possiamo connetterci con quasi chiunque, ovunque e in qualsiasi momento.

Velocità

I miglioramenti possono anche essere visti in velocità. La connettività di rete o l'accessibilità sono state notevolmente migliorate in termini di precisione e velocità.

Example- Un telecomando wireless può far funzionare un sistema più velocemente di uno cablato. Il controllo wireless di una macchina può facilmente interrompere il suo funzionamento se qualcosa va storto, mentre il funzionamento diretto non può agire così velocemente.

Accessibilità

La tecnologia wireless facilita l'accessibilità in quanto le aree remote in cui non è possibile posare correttamente le linee di terra vengono facilmente collegate alla rete.

Example- Nelle regioni rurali, l'istruzione online è ora possibile. Gli educatori non hanno più bisogno di viaggiare in aree remote per insegnare le loro lezioni. Grazie al live streaming dei loro moduli educativi.

Connettività costante

La connettività costante garantisce inoltre che le persone possano rispondere alle emergenze in tempi relativamente brevi.

Example - Un cellulare wireless può assicurarti una connettività costante anche se ti sposti da un luogo all'altro o mentre viaggi, mentre una linea di terra cablata non può.

Tra i vari termini utilizzati nella telefonia mobile, verranno qui discussi quelli più utilizzati.

Mobile Station (MS)- La Mobile Station (MS) comunica le informazioni con l'utente e le modifica ai protocolli di trasmissione dell'interfaccia aerea per comunicare con il BSS. Le informazioni dell'utente comunicano con l'MS attraverso un microfono e un altoparlante per il parlato, la tastiera e il display per brevi messaggi e il collegamento via cavo per altri terminali dati. La stazione mobile ha due elementi Mobile Equipment (ME) e Subscriber Identity Module (SIM).

Mobile Equipment (ME)- ME è un componente hardware che il cliente acquista dal produttore dell'apparecchiatura. La parte hardware contiene tutti i componenti necessari per l'implementazione dei protocolli per interfacciarsi con l'utente e l'interfaccia aerea alle stazioni base.

Subscriber Identity Module (SIM)- Si tratta di una smart card rilasciata all'abbonamento per identificare le specifiche di un utente come indirizzo e tipo di servizio. Le chiamate nel GSM sono dirette alla SIM piuttosto che al terminale.

Anche gli SMS vengono memorizzati nella carta SIM. Trasporta le informazioni personali di ogni utente che consentono una serie di applicazioni utili.

Base Station (BS)- Una stazione base trasmette e riceve i dati dell'utente. Quando un cellulare è responsabile solo della trasmissione e ricezione dei dati del suo utente, una stazione base è in grado di gestire le chiamate di più abbonati contemporaneamente.

Base Transceiver Station (BTS)- La trasmissione dei dati dell'utente avviene tra il telefono cellulare e la stazione base (BS) attraverso la stazione base ricetrasmittente. Un ricetrasmettitore è un circuito che trasmette e riceve, cioè fa entrambe le cose.

Mobile Switching Center (MSC)- MSC è la parte hardware dello switch wireless in grado di comunicare con gli switch PSTN utilizzando il protocollo Signaling System 7 (SS7) e altri MSC nell'area di copertura di un provider di servizi. L'MSC prevede anche la comunicazione con altre reti cablate e wireless, nonché il supporto per la registrazione e il mantenimento della connessione con le stazioni mobili.

L'immagine seguente illustra le parti di diversi sottosistemi. HLR, VLR, EIR e AuC sono i sottosistemi del sottosistema di rete.

Channels - È un intervallo di frequenza assegnato a un servizio o sistemi particolari.

Control Channel - Canale radio utilizzato per la trasmissione della configurazione della chiamata, della richiesta di chiamata, dell'avvio della chiamata e altri scopi di beacon o controllo.

Forward Control Channel(FCC) - Canale radio utilizzato per la trasmissione di informazioni dalla stazione base al cellulare

Reverse Channel(RC) - Canale radio utilizzato per la trasmissione di informazioni dal cellulare alla stazione base.

Voice Channel(VC) - Canale radio utilizzato per la trasmissione di voce o dati.

Handoff - È definito come il trasferimento di una chiamata dal canale o dalla stazione base a un'altra stazione base.

Roamer - Una stazione mobile che opera in un'area di servizio diversa da quella da cui è stato sottoscritto il servizio

Transceiver - Un dispositivo in grado di trasmettere e ricevere simultaneamente segnali radio.

Gli schemi di accesso multiplo vengono utilizzati per consentire a molti utenti mobili di condividere contemporaneamente una quantità finita di spettro radio.

Tecniche di accesso multiplo

Nei sistemi di comunicazione senza fili, è spesso desiderabile consentire all'abbonato di inviare informazioni simultaneamente dalla stazione mobile alla stazione di base mentre riceve informazioni dalla stazione di base alla stazione mobile.

Un sistema cellulare divide una data area in celle in cui un'unità mobile in ciascuna cella comunica con una stazione base. L'obiettivo principale nella progettazione del sistema cellulare è essere in grado di farloincrease the capacity of the channel, ovvero per gestire il maggior numero di chiamate possibile in una data larghezza di banda con un livello di qualità del servizio sufficiente.

Esistono diversi modi per consentire l'accesso al canale. Questi includono principalmente i seguenti:

  • Accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA)
  • Accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA)
  • Accesso multiplo a divisione di codice (CDMA)
  • Accesso multiplo alla divisione spaziale (SDMA)

A seconda di come la larghezza di banda disponibile viene assegnata agli utenti, queste tecniche possono essere classificate come narrowband e wideband sistemi.

Sistemi a banda stretta

I sistemi che funzionano con canali sostanzialmente più stretti della larghezza di banda di coerenza sono chiamati sistemi a banda stretta. Il TDMA a banda stretta consente agli utenti di utilizzare lo stesso canale ma assegna un intervallo di tempo univoco a ciascun utente sul canale, separando così un piccolo numero di utenti nel tempo su un singolo canale.

Sistemi a banda larga

Nei sistemi a banda larga, la larghezza di banda di trasmissione di un singolo canale è molto maggiore della larghezza di banda di coerenza del canale. Pertanto, la dissolvenza multipath non influisce notevolmente sul segnale ricevuto all'interno di un canale a banda larga e le dissolvenze selettive in frequenza si verificano solo in una piccola frazione della larghezza di banda del segnale.

Accesso multiplo a divisione di frequenza (FDMA)

FDMA è la tecnologia di base per servizi avanzati di telefonia mobile. Le caratteristiche di FDMA sono le seguenti.

  • FDMA assegna una diversa sottobanda di frequenza a ciascun utente diverso per accedere alla rete.
  • Se FDMA non è in uso, il canale viene lasciato inattivo invece di assegnarlo agli altri utenti.
  • FDMA è implementato nei sistemi a banda stretta ed è meno complesso del TDMA.
  • Qui viene eseguito un filtraggio stretto per ridurre l'interferenza del canale adiacente.
  • La stazione base BS e la stazione mobile MS, trasmettono e ricevono simultaneamente e continuamente in FDMA.

Accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA)

Nei casi in cui non è richiesta la trasmissione continua, viene utilizzato TDMA al posto di FDMA. Le caratteristiche di TDMA includono quanto segue.

  • TDMA condivide una singola frequenza portante con diversi utenti in cui ogni utente utilizza intervalli di tempo non sovrapposti.
  • La trasmissione dei dati in TDMA non è continua, ma avviene a raffica. Quindi il processo di handsoff è più semplice.
  • TDMA utilizza diversi intervalli di tempo per la trasmissione e la ricezione, pertanto non sono necessari duplexer.
  • TDMA ha il vantaggio che è possibile allocare diversi numeri di intervalli di tempo per frame a diversi utenti.
  • La larghezza di banda può essere fornita su richiesta a diversi utenti concatenando o riassegnando la fascia oraria in base alla priorità.

Code Division Multiple Access (CDMA)

La tecnica di accesso multiplo a divisione di codice è un esempio di accesso multiplo in cui più trasmettitori utilizzano un unico canale per inviare informazioni contemporaneamente. Le sue caratteristiche sono le seguenti.

  • In CDMA ogni utente utilizza l'intero spettro disponibile invece di essere assegnato da frequenze separate.
  • CDMA è molto consigliato per le comunicazioni voce e dati.
  • Mentre più codici occupano lo stesso canale in CDMA, gli utenti che hanno lo stesso codice possono comunicare tra loro.
  • CDMA offre più capacità di spazio aereo rispetto al TDMA.
  • Il passaggio di consegne tra le stazioni base è gestito molto bene da CDMA.

Space Division Multiple Access (SDMA)

L'accesso multiplo alla divisione spaziale o l'accesso multiplo alla divisione spaziale è una tecnica che è un'architettura MIMO (multiple-input multiple-output) e utilizzata principalmente nelle comunicazioni wireless e satellitari. Ha le seguenti caratteristiche.

  • Tutti gli utenti possono comunicare contemporaneamente utilizzando lo stesso canale.
  • SDMA è completamente esente da interferenze.
  • Un singolo satellite può comunicare con più ricevitori di satelliti della stessa frequenza.
  • Vengono utilizzate le antenne spot-beam direzionali e quindi la stazione base in SDMA, può seguire un utente in movimento.
  • Controlla l'energia irradiata per ogni utente nello spazio.

Accesso multiplo a spettro esteso

L'accesso multiplo a spettro esteso (SSMA) utilizza segnali che hanno una larghezza di banda di trasmissione la cui ampiezza è maggiore della larghezza di banda RF minima richiesta.

Esistono due tipi principali di tecniche di accesso multiplo a spettro esteso:

  • Spettro di diffusione con salto di frequenza (FHSS)
  • Spettro di diffusione a sequenza diretta (DSSS)

Spettro di diffusione con salto di frequenza (FHSS)

Si tratta di un sistema di accesso multiplo digitale in cui le frequenze portanti dei singoli utenti vengono variate in modo pseudo casuale all'interno di un canale a banda larga. I dati digitali vengono suddivisi in burst di dimensioni uniformi che vengono quindi trasmessi su diverse frequenze portanti.

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

Questa è la tecnologia più comunemente utilizzata per CDMA. In DS-SS, il segnale del messaggio viene moltiplicato per un codice di rumore pseudo casuale. Ad ogni utente viene assegnata la propria parola in codice che è ortogonale ai codici degli altri utenti e per poter rilevare l'utente, il ricevitore deve conoscere la parola in codice utilizzata dal trasmettitore.

Le sequenze combinatorie chiamate come hybrid sono anche usati come un altro tipo di spettro diffuso. Time hopping è anche un altro tipo raramente menzionato.

Poiché molti utenti possono condividere la stessa larghezza di banda a spettro diffuso senza interferire tra loro, i sistemi a spettro diffuso lo diventano bandwidth efficient in un ambiente multiutente.

Il canale wireless è suscettibile a una varietà di impedimenti di trasmissione come path loss, interference e blockage. Questi fattori limitano la portata, la velocità dei dati e l'affidabilità della trasmissione wireless.

Tipi di percorsi

La misura in cui questi fattori influenzano la trasmissione dipende dalle condizioni ambientali e dalla mobilità del trasmettitore e del ricevitore. Il percorso seguito dai segnali per arrivare al ricevitore, sono di due tipi, come ad esempio:

Percorso diretto

Il segnale trasmesso, quando raggiunge direttamente il ricevitore, può essere definito come a directpath e i componenti presenti che sono presenti nel segnale sono chiamati come directpath components.

Multi-path

Il segnale trasmesso quando raggiunge il ricevitore, attraverso direzioni diverse subendo fenomeni diversi, tale percorso viene definito come multi-path e le componenti del segnale trasmesso sono chiamate come multi-path components.

Sono riflessi, diffratti e dispersi dall'ambiente, e arrivano al ricevitore spostati in ampiezza, frequenza e fase rispetto alla componente del percorso diretto.

Caratteristiche del canale wireless

Le caratteristiche più importanti del canale wireless sono:

  • Perdita di percorso
  • Fading
  • Interference
  • Spostamento Doppler

Nelle sezioni seguenti, discuteremo queste caratteristiche del canale una per una.

Perdita di percorso

La perdita di percorso può essere espressa come il rapporto tra la potenza del segnale trasmesso e la potenza dello stesso segnale ricevuto dal ricevitore, su un dato percorso. È una funzione della distanza di propagazione.

  • La stima della perdita di percorso è molto importante per la progettazione e la distribuzione di reti di comunicazione wireless

  • La perdita del percorso dipende da una serie di fattori come la radiofrequenza utilizzata e la natura del terreno.

  • Il modello di propagazione nello spazio libero è il modello di perdita di percorso più semplice in cui è presente un segnale di percorso diretto tra il trasmettitore e il ricevitore, senza attenuazione dell'atmosfera o componenti multipath.

In questo modello, il rapporto tra la potenza trasmessa Pt e il potere ricevuto Pr è dato da

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$

Dove

  • Gt è il guadagno dell'antenna del trasmettitore

  • Gr è il guadagno dell'antenna del ricevitore

  • d è la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore

  • λ è la lunghezza d'onda del segnale

Il modello a due vie chiamato anche due modelli di percorso è un modello di perdita di percorso ampiamente utilizzato. Il modello di spazio libero sopra descritto presuppone che ci sia un solo percorso dal trasmettitore al ricevitore.

In realtà, il segnale raggiunge il ricevitore attraverso più percorsi. Il modello a due percorsi cerca di catturare questo fenomeno. Il modello presuppone che il segnale raggiunga il ricevitore attraverso due percorsi, uno una linea di vista e l'altro il percorso attraverso il quale viene ricevuta l'onda riflessa.

Secondo il modello a due percorsi, la potenza ricevuta è data da

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$

Dove

  • pt è la potenza trasmessa

  • Gt rappresentano il guadagno dell'antenna sul trasmettitore

  • Gr rappresentano il guadagno dell'antenna sul ricevitore

  • d è la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore

  • ht è l'altezza del trasmettitore

  • hr sono l'altezza del ricevitore

Dissolvenza

La dissolvenza si riferisce alle fluttuazioni dell'intensità del segnale quando viene ricevuto al ricevitore. Lo sbiadimento può essere classificato in due tipi:

  • Dissolvenza veloce / dissolvenza su piccola scala e
  • Dissolvenza lenta / dissolvenza su larga scala

La dissolvenza rapida si riferisce alle rapide fluttuazioni dell'ampiezza, della fase o dei ritardi multipath del segnale ricevuto, a causa dell'interferenza tra più versioni dello stesso segnale trasmesso che arriva al ricevitore in momenti leggermente diversi.

Viene chiamato il tempo che intercorre tra la ricezione della prima versione del segnale e l'ultimo segnale eco delay spread. La propagazione multipath del segnale trasmesso, che causa un rapido fading, è dovuta ai tre meccanismi di propagazione, vale a dire:

  • Reflection
  • Diffraction
  • Scattering

I percorsi multipli del segnale possono a volte aggiungersi in modo costruttivo o talvolta distruttivo al ricevitore causando una variazione nel livello di potenza del segnale ricevuto. Si dice che il singolo inviluppo ricevuto di un segnale in dissolvenza veloce segua aRayleigh distribution per vedere se non c'è un percorso di visuale tra il trasmettitore e il ricevitore.

Dissolvenza lenta

Il nome stesso Slow Fading implica che il segnale svanisce lentamente. Le caratteristiche della dissolvenza lenta sono le seguenti.

  • Lo sbiadimento lento si verifica quando oggetti che assorbono parzialmente la trasmissione si trovano tra il trasmettitore e il ricevitore.

  • La dissolvenza lenta è così chiamata perché la durata della dissolvenza può durare più secondi o minuti.

  • Si può verificare una lenta dissolvenza quando il ricevitore si trova all'interno di un edificio e l'onda radio deve passare attraverso le pareti di un edificio o quando il ricevitore è temporaneamente schermato dal trasmettitore da un edificio. Gli oggetti che ostruiscono causano una variazione casuale nella potenza del segnale ricevuto.

  • Una lenta dissolvenza può far variare la potenza del segnale ricevuto, sebbene la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore rimanga la stessa.

  • Lo sbiadimento lento è indicato anche come shadow fading poiché gli oggetti che causano la dissolvenza, che possono essere grandi edifici o altre strutture, bloccano il percorso di trasmissione diretto dal trasmettitore al ricevitore.

Interferenza

Le trasmissioni wireless devono contrastare le interferenze da un'ampia varietà di sorgenti. Due principali forme di interferenza sono:

  • Interferenza del canale adiacente e
  • Interferenza co-canale.

Nel caso di interferenza del canale adiacente, i segnali nelle frequenze vicine hanno componenti al di fuori dei loro intervalli assegnati e questi componenti possono interferire con la trasmissione in corso nelle frequenze adiacenti. Può essere evitato introducendo con cura bande di guardia tra le gamme di frequenza assegnate.

Co-channel interference, a volte indicato anche come narrow band interference, è dovuto ad altri sistemi vicini che utilizzano la stessa frequenza di trasmissione.

Inter-symbol interference è un altro tipo di interferenza, dove la distorsione del segnale ricevuto è causata dalla dilatazione temporale e dalla conseguente sovrapposizione di singoli impulsi nel segnale.

Adaptive equalizationè una tecnica comunemente utilizzata per combattere l'interferenza tra simboli. Implica la raccolta dell'energia del simbolo disperso nel suo intervallo di tempo originale. Complessi algoritmi di elaborazione digitale vengono utilizzati nel processo di equalizzazione.

Il protocollo TCP / IP originale era definito come quattro livelli software costruiti sull'hardware. Oggi, tuttavia, il protocollo TCP / IP è pensato come un modello a cinque livelli con i livelli denominati simili a quelli del modello OSI.

Confronto tra OSI e TCP / IP Suite

Quando confrontiamo i due modelli, troviamo che nel protocollo TCP / IP mancano due livelli, sessione e presentazione. Il livello dell'applicazione nella suite è generalmente considerato come la combinazione di tre livelli nel modello OSI.

Il modello OSI specifica quali funzioni appartengono a ciascuno dei suoi livelli, ma i livelli della suite di protocolli TCP / IP contengono protocolli relativamente indipendenti che possono essere combinati e abbinati, a seconda delle esigenze del sistema. Il termine gerarchico significa che ogni protocollo di livello superiore è supportato da uno o più protocolli di livello inferiore.

Livelli nella suite TCP / IP

I quattro livelli del modello TCP / IP sono il livello da host a rete, il livello Internet / rete, il livello di trasporto e il livello dell'applicazione. Lo scopo di ogni livello nella suite di protocolli TCP / IP è descritto in dettaglio di seguito.

L'immagine sopra rappresenta i livelli della suite di protocolli TCP / IP.

Livello fisico

TCP / IP non definisce alcun protocollo specifico per il livello fisico. Supporta tutti i protocolli standard e proprietari.

  • A questo livello, la comunicazione avviene tra due hop o nodi, un computer o un router. L'unità di comunicazione è asingle bit.

  • Quando viene stabilita la connessione tra i due nodi, un flusso di bit scorre tra di loro. Lo strato fisico, tuttavia, tratta ogni bit individualmente.

La responsabilità del livello fisico, oltre alla consegna dei bit, corrisponde a quanto menzionato per il livello fisico del modello OSI, ma dipende principalmente dalle tecnologie sottostanti che forniscono i collegamenti.

Livello di collegamento dati

TCP / IP non definisce nemmeno alcun protocollo specifico per il livello di collegamento dati. Supporta tutti i protocolli standard e proprietari.

  • Anche a questo livello, la comunicazione è tra due hop o nodi. L'unità di comunicazione, tuttavia, è un pacchetto chiamato aframe.

  • UN frame è un pacchetto che incapsula i dati ricevuti dal livello di rete con un'intestazione aggiunta e talvolta un trailer.

  • La testa, tra le altre informazioni di comunicazione, include l'origine e la destinazione del frame.

  • Il destination address è necessario per definire il giusto destinatario del frame perché molti nodi potrebbero essere stati collegati al collegamento.

  • Il source address è necessario per una possibile risposta o riconoscimento come potrebbe essere richiesto da alcuni protocolli.

I protocolli LAN, Packet Radio e Point-to-Point sono supportati in questo livello

Livello di rete

A livello di rete, TCP / IP supporta il protocollo Internet (IP). Il protocollo Internet (IP) è il meccanismo di trasmissione utilizzato dai protocolli TCP / IP.

  • IP trasporta i dati in pacchetti chiamati datagrams, ciascuno dei quali viene trasportato separatamente.
  • I datagrammi possono viaggiare lungo percorsi diversi e possono arrivare fuori sequenza o essere duplicati.

L'IP non tiene traccia delle rotte e non ha la possibilità di riordinare i datagrammi una volta arrivati ​​a destinazione.

Livello di trasporto

C'è una differenza principale tra il livello di trasporto e il livello di rete. Sebbene tutti i nodi in una rete debbano avere il livello di rete, solo i due computer finali devono avere il livello di trasporto.

  • Il livello di rete è responsabile dell'invio di singoli datagrammi dal computer A al computer B; il livello di trasporto è responsabile della consegna dell'intero messaggio, che è chiamato asegment, da A a B.

  • Un segmento può essere composto da pochi o decine di datagrams. I segmenti devono essere suddivisi in datagrammi e ogni datagramma deve essere consegnato al livello di rete per la trasmissione.

  • Poiché Internet definisce un percorso diverso per ogni datagramma, i datagrammi possono arrivare fuori ordine e possono essere persi.

  • Il livello di trasporto sul computer B deve attendere l'arrivo di tutti questi datagrammi, assemblarli e ricavarne un segmento.

Tradizionalmente, il livello di trasporto era rappresentato nella suite TCP / IP da due protocolli: User Datagram Protocol (UDP) e Transmission Control Protocol (TCP).

Un nuovo protocollo chiamato Stream Control Transmission Protocol (SCTP) è stato introdotto negli ultimi anni.

Livello applicazione

Il livello dell'applicazione in TCP / IP è equivalente ai livelli combinati di sessione, presentazione e applicazione nel modello OSI.

  • Il livello dell'applicazione consente a un utente di accedere ai servizi della nostra Internet privata o di Internet globale.

  • Molti protocolli sono definiti a questo livello per fornire servizi come il trasferimento di file di posta elettronica, l'accesso al World Wide Web e così via.

  • I protocolli supportati in questo livello sono TELNET, FTP e HTTP.

La rete cellulare è una tecnologia di base per telefoni cellulari, sistemi di comunicazione personale, reti wireless, ecc. La tecnologia è stata sviluppata per telefoni cellulari per sostituire i sistemi di trasmissione / ricezione ad alta potenza. Le reti cellulari utilizzano una potenza inferiore, una portata più breve e più trasmettitori per la trasmissione dei dati.

Caratteristiche dei sistemi cellulari

Wireless Cellular Systems risolve il problema della congestione spettrale e aumenta la capacità dell'utente. Le caratteristiche dei sistemi cellulari sono le seguenti:

  • Offre una capacità molto elevata in uno spettro limitato.

  • Riutilizzo del canale radio in celle differenti.

  • Consentire a un numero fisso di canali di servire un numero arbitrariamente elevato di utenti riutilizzando il canale in tutta l'area di copertura.

  • La comunicazione è sempre tra il cellulare e la stazione base (non direttamente tra i cellulari).

  • A ciascuna stazione base cellulare è assegnato un gruppo di canali radio all'interno di una piccola area geografica chiamata cella.

  • Alle celle adiacenti vengono assegnati diversi gruppi di canali.

  • Limitando l'area di copertura entro il confine della cella, i gruppi di canali possono essere riutilizzati per coprire celle differenti.

  • Mantenere i livelli di interferenza entro limiti tollerabili.

  • Riutilizzo della frequenza o pianificazione della frequenza.

  • Organizzazione della rete cellulare wireless.

La rete cellulare è organizzata in più trasmettitori a bassa potenza ciascuno 100w o inferiore.

Forma delle cellule

L'area di copertura delle reti cellulari è suddivisa in cells, ciascuna cella ha la propria antenna per la trasmissione dei segnali. Ogni cella ha le sue frequenze. La comunicazione dei dati nelle reti cellulari è servita dal trasmettitore, ricevitore e dalla sua unità di controllo della stazione base.

La forma delle celle può essere quadrata o esagonale -

Piazza

Una cella quadrata ha quattro vicini a distanza d e quattro a distanza Radice 2 d

  • Meglio se tutte le antenne adiacenti fossero equidistanti
  • Semplifica la scelta e il passaggio a una nuova antenna

Esagono

Una forma a cella esagonale è altamente raccomandata per la sua facile copertura e calcoli. Offre i seguenti vantaggi:

  • Fornisce antenne equidistanti
  • La distanza dal centro al vertice è uguale alla lunghezza del lato

Riutilizzo delle frequenze

Il riutilizzo della frequenza è il concetto di utilizzare le stesse frequenze radio all'interno di una data area, separate da una distanza considerevole, con interferenze minime, per stabilire la comunicazione.

Il riutilizzo della frequenza offre i seguenti vantaggi:

  • Consente comunicazioni all'interno della cella su una data frequenza
  • Limita la potenza in fuga alle celle adiacenti
  • Consente il riutilizzo delle frequenze nelle celle vicine
  • Utilizza la stessa frequenza per più conversazioni
  • Da 10 a 50 frequenze per cella

Ad esempio, quando N le celle stanno usando lo stesso numero di frequenze e Kessere il numero totale di frequenze utilizzate nei sistemi. Poi ciascunocell frequency viene calcolato utilizzando le formule K/N.

In Advanced Mobile Phone Services (AMPS) quando K = 395 e N = 7, le frequenze per cella in media saranno 395/7 = 56. Qui, cell frequency è 56.

La propagazione dell'antenna e delle onde gioca un ruolo vitale nelle reti di comunicazione wireless. Un'antenna è un conduttore elettrico o un sistema di conduttori che irradia / raccoglie (trasmette o riceve) energia elettromagnetica nello / dallo spazio. Un'antenna isotropa idealizzata irradia ugualmente in tutte le direzioni.

Meccanismi di propagazione

Le trasmissioni wireless si propagano in tre modalità. Sono -

  • Propagazione delle onde del suolo
  • Propagazione delle onde del cielo
  • Propagazione in linea di vista

Ground wave propagation segue il contorno della terra, mentre sky wave propagation utilizza la riflessione sia dalla terra che dalla ionosfera.

Line of sight propagationrichiede che le antenne trasmittenti e riceventi si trovino nel campo visivo l'una dell'altra. A seconda della frequenza del segnale sottostante, viene seguita la particolare modalità di propagazione.

Esempi di comunicazione tra onde terrestri e onde celesti sono AM radio e international broadcastscome la BBC. Al di sopra di 30 MHz, né l'onda di terra né la propagazione delle onde del cielo funzionano e la comunicazione avviene attraverso la linea di vista.

Limitazioni di trasmissione

In questa sezione, discuteremo le varie limitazioni che influenzano le trasmissioni di onde elettromagnetiche. Cominciamo con l'attenuazione.

Attenuazione

La forza del segnale diminuisce con la distanza sul mezzo di trasmissione. L'entità dell'attenuazione è una funzione della distanza, del mezzo di trasmissione e della frequenza della trasmissione sottostante.

Distorsione

Poiché i segnali a frequenze diverse si attenuano in misura diversa, un segnale composto da componenti su una gamma di frequenze viene distorto, ovvero la forma del segnale ricevuto cambia.

Un metodo standard per risolvere questo problema (e recuperare la forma originale) consiste nell'amplificare le frequenze più alte e quindi equalizzare l'attenuazione su una banda di frequenze.

Dispersione

La dispersione è il fenomeno di diffusione di una scarica di energia elettromagnetica durante la propagazione. I burst di dati inviati in rapida successione tendono a fondersi a causa della dispersione.

Rumore

La forma più pervasiva di rumore è il rumore termico, che viene spesso modellato utilizzando un modello gaussiano additivo. Il rumore termico è dovuto all'agitazione termica degli elettroni ed è uniformemente distribuito attraverso lo spettro di frequenza.

Altre forme di rumore includono:

  • Inter modulation noise (causato da segnali prodotti a frequenze che sono somme o differenze di frequenze portanti)

  • Crosstalk (interferenza tra due segnali)

  • Impulse noise (impulsi irregolari di alta energia causati da disturbi elettromagnetici esterni).

Sebbene un rumore impulsivo possa non avere un impatto significativo sui dati analogici, ha un effetto notevole sui dati digitali, causando burst errors.

La figura sopra illustra chiaramente come il segnale di rumore si sovrappone al segnale originale e cerca di modificarne le caratteristiche.

Dissolvenza

La dissolvenza si riferisce alla variazione dell'intensità del segnale rispetto al tempo / distanza ed è ampiamente diffusa nelle trasmissioni wireless. Le cause più comuni di dissolvenza nell'ambiente wireless sono la propagazione e la mobilità multipath (degli oggetti e dei dispositivi di comunicazione).

Propagazione multipath

Nei media wireless, i segnali si propagano utilizzando tre principi, che sono riflessione, diffusione e diffrazione.

  • Reflection si verifica quando il segnale incontra una grande superficie solida, la cui dimensione è molto maggiore della lunghezza d'onda del segnale, ad esempio una parete solida.

  • Diffraction si verifica quando il segnale incontra un bordo o un angolo, la cui dimensione è maggiore della lunghezza d'onda del segnale, ad esempio un bordo di un muro.

  • Scattering si verifica quando il segnale incontra piccoli oggetti di dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda del segnale.

Una conseguenza della propagazione multipath è che più copie di una propagazione del segnale lungo più percorsi diversi, arrivano in qualsiasi punto in momenti diversi. Quindi il segnale ricevuto in un punto non è solo influenzato dalinherent noise, distortion, attenuation, e dispersion nel canale ma anche il interaction of signals propagato lungo più percorsi.

Diffusione del ritardo

Supponiamo di trasmettere un impulso di sondaggio da una posizione e di misurare il segnale ricevuto nella posizione del ricevente in funzione del tempo. La potenza del segnale ricevuto si diffonde nel tempo a causa della propagazione multipath.

La diffusione del ritardo è determinata dalla funzione di densità della risultante diffusione del ritardo nel tempo. Average delay spread e root mean square delay spread sono i due parametri che possono essere calcolati.

Diffusione Doppler

Questa è una misura di spectral broadeningcausato dalla velocità di variazione del canale radiomobile. È causato dal movimento relativo tra il cellulare e la stazione base o dal movimento di oggetti nel canale.

Quando la velocità del cellulare è alta, la diffusione Doppler è alta e le variazioni di canale risultanti sono più veloci di quella del segnale in banda base, questo è indicato come fast fading. Quando le variazioni di canale sono più lente delle variazioni del segnale in banda base, la dissolvenza risultante viene indicata comeslow fading.

In alcuni casi, c'è un ambito di deterioramento delle prestazioni, che influisce sull'output. La causa principale di ciò potrebbe essere la compromissione del canale mobile. Per risolvere questo problema, ci sono tre tecniche popolari:

Equalizzatore

Un equalizzatore all'interno di un ricevitore compensa la gamma media delle caratteristiche di ampiezza e ritardo del canale previste. In altre parole, un equalizzatore è un filtro sul ricevitore mobile la cui risposta all'impulso è inversa della risposta all'impulso del canale. Tali equalizzatori trovano il loro uso infrequency selective fading canali.

Diversità

La diversità è un'altra tecnica utilizzata per compensare fast fadinged è solitamente implementato utilizzando due o più antenne riceventi. Di solito viene utilizzato per ridurre la profondità e la durata delle dissolvenze sperimentate da un ricevitore in un canale a dissolvenza piatta.

Codifica dei canali

Channel codingmigliora le prestazioni del collegamento di comunicazione mobile aggiungendo bit di dati ridondanti nel messaggio trasmesso. Nella parte in banda base del trasmettitore, un codificatore di canale mappa una sequenza di messaggi digitali in un'altra sequenza di codice specifica contenente un numero maggiore di bit rispetto all'originale contenuto nel messaggio. La codifica del canale viene utilizzata per correggeredeep fading o spectral null.

Equalizzazione

ISI (Inter Symbol Interference) è stato identificato come uno dei principali ostacoli alla trasmissione di dati ad alta velocità sui canali di telefonia mobile. Se la larghezza di banda di modulazione supera ilcoherence bandwidth del canale radio (cioè, dissolvenza selettiva in frequenza), gli impulsi di modulazione si diffondono nel tempo, causando ISI.

Un equalizzatore all'estremità anteriore di un ricevitore compensa la gamma media delle caratteristiche di ampiezza e ritardo del canale previste. Come lo sono i canali mobili in dissolvenzarandom e time varying, gli equalizzatori devono tenere traccia delle caratteristiche variabili nel tempo del canale mobile e pertanto dovrebbero variare nel tempo o adattarli. Un equalizzatore adattivo ha due fasi di funzionamento:training e tracking.

Modalità allenamento

Inizialmente, una sequenza di addestramento di lunghezza fissa nota viene inviata dal trasmettitore in modo che l'equalizzatore del ricevitore possa mediamente un'impostazione appropriata. Training sequence è tipicamente un segnale binario pseudocasuale o un segnale fisso, con pattern di bit prescritto.

La sequenza di addestramento è progettata per consentire a un equalizzatore sul ricevitore di acquisire il proper filter coefficientnella peggiore condizione possibile del canale. Un filtro adattivo sul ricevitore utilizza quindi arecursive algorithm per valutare il canale e stimare i coefficienti di filtro per compensare il canale.

Modalità di monitoraggio

Quando la sequenza di addestramento è terminata, i coefficienti di filtro sono quasi ottimali. Immediatamente dopo la sequenza di addestramento, i dati dell'utente vengono inviati.

Quando vengono ricevuti i dati degli utenti, il adaptive algorithms dell'equalizzatore tiene traccia del canale che cambia. Di conseguenza, l'equalizzatore adattivo cambia continuamente le caratteristiche del filtro nel tempo.

Diversità

La diversità è una potente tecnica di ricezione delle comunicazioni che fornisce un miglioramento del collegamento wireless a un costo relativamente basso. Diversity techniques sono utilizzati nei sistemi di comunicazione wireless principalmente per migliorare le prestazioni su un canale radio in dissolvenza.

In un tale sistema, il ricevitore è dotato di più copie dello stesso segnale di informazione che vengono trasmesse su due o più canali di comunicazione reali o virtuali. Quindi l'idea di base della diversità èrepetition o redundancy of information. In quasi tutte le applicazioni, le decisioni sulla diversità vengono prese dal ricevitore e sono sconosciute al trasmettitore.

Tipi di diversità

Lo sbiadimento può essere classificato in small scale e large scale fading. Le dissolvenze su piccola scala sono caratterizzate da fluttuazioni di ampiezza profonde e rapide che si verificano quando il dispositivo mobile si sposta su distanze di poche lunghezze d'onda. Per i segnali a banda stretta, questo in genere si traduce in aRayleigh faded envelope. Per evitare che si verifichino dissolvenze profonde, le tecniche di diversità microscopica possono sfruttare il segnale in rapida evoluzione.

Se gli elementi dell'antenna del ricevitore sono separati da una frazione della lunghezza d'onda trasmessa, allora le varie copie del segnale di informazione o genericamente chiamate diramazioni, possono essere combinate opportunamente oppure si può scegliere la più forte di esse come segnale ricevuto. Una tale tecnica di diversità è definita comeAntenna or Space diversity.

Diversità di frequenza

Lo stesso segnale di informazione viene trasmesso su portanti differenti, la separazione di frequenza tra loro è almeno la larghezza di banda di coerenza.

Diversità del tempo

Il segnale informativo viene trasmesso ripetutamente nel tempo a intervalli regolari. La separazione tra i filetransmit times should be greater than the coherence time, Tc. L'intervallo di tempo dipende dalla velocità di dissolvenza e aumenta con la diminuzione della velocità di dissolvenza.

Diversità di polarizzazione

Qui, i campi elettrici e magnetici del segnale che trasporta le informazioni vengono modificati e molti di questi segnali vengono utilizzati per inviare le stesse informazioni. Cosìorthogonal type of polarization is obtained.

Diversità degli angoli

Qui, le antenne direzionali vengono utilizzate per creare copie indipendenti del segnale trasmesso su più percorsi.

Diversità spaziale

Nella diversità spaziale, ci sono più antenne riceventi posizionate in diverse posizioni spaziali, che producono segnali ricevuti diversi (possibilmente indipendenti).

La differenza tra gli schemi di diversità sta nel fatto che nei primi due schemi c'è wastage of bandwidth a causa di duplication of the informationsegnale da inviare. Così il problema viene evitato nei restanti tre schemi, ma con il costo di un aumentoantenna complexity.

La correlazione tra i segnali in funzione della distanza tra gli elementi dell'antenna è data dalla relazione -

$$\rho = J_0^2 \lgroup\frac{2\Pi d}{\lambda}\rgroup$$

Dove,

  • J0 = Funzione di Bessel di ordine zero e primo tipo

  • d = distanza di separazione nello spazio degli elementi dell'antenna

  • λ = lunghezza d'onda portante.

Nel campo dei computer, l'ampio utilizzo delle connessioni di gruppo è diventato inevitabile, il che ha portato all'introduzione di LANs(Reti locali). Queste LAN rientrano nella categoria delle reti su piccola scala all'interno di un singolo edificio o campus.

WANs sono Wide Area Network che coprono un'area più ampia come una città, o un'area limitata maggiore della LAN. Wireless Personal Area Networks (PANs) sono il passo successivo rispetto alle WLAN, che coprono aree più piccole con trasmissione a bassa potenza, per il collegamento in rete di dispositivi informatici portatili e mobili come PC, PDA (Personal Digital Assistant).

Fondamenti di WLAN

Le questioni tecniche nelle WLAN devono essere comprese per apprezzare la differenza tra reti cablate e reti wireless. Vengono quindi studiati l'uso delle WLAN e i loro obiettivi di progettazione. Vengono inoltre descritti in dettaglio i tipi di WLANS, i loro componenti e le loro funzionalità di base.

Standard IEEE 802.11

Questa sezione introduce un importante standard ionico WLAN, lo standard IEEE 802.11. Vengono spiegati il ​​livello MAC (Medium Access Control) e i meccanismi del livello fisico. Questa sezione copre anche alcune delle funzionalità opzionali come la sicurezza e la qualità del servizio (QoS).

Standard HIPERLAN

Questa sezione descrive un altro standard WLAN, lo standard HIPERLAN, che è uno standard europeo basato sull'accesso radio.

Bluetooth

Questa sezione si occupa dello standard Bluetooth, che consente ai dispositivi personali di comunicare tra loro in assenza di infrastruttura.

Fondamenti di WLAN

Sebbene sia i terminali portatili che i terminali mobili possano spostarsi da un luogo all'altro, i terminali portatili sono accessibili solo quando sono fissi.

I terminali mobili (MT), d'altra parte, sono più potenti e sono accessibili quando sono in movimento. Le WLAN mirano a supportare stazioni di lavoro realmente mobili.

Usi WLAN

Le reti di computer wireless sono in grado di offrire funzionalità versatili. Le WLAN sono molto flessibili e possono essere configurate in una varietà di topologie basate sull'applicazione. Di seguito vengono descritti alcuni possibili utilizzi delle WLAN.

  • Gli utenti sarebbero in grado di navigare in Internet, controllare la posta elettronica e ricevere messaggi istantanei in movimento.

  • Nelle aree colpite da terremoti o altri disastri, potrebbe non essere disponibile alcuna infrastruttura adeguata sul sito. Le WLAN sono utili in tali luoghi per configurare le reti al volo.

  • Ci sono molti edifici storici in cui è stata necessaria la creazione di reti di computer. In tali luoghi, il cablaggio potrebbe non essere consentito o il progetto dell'edificio potrebbe non essere conduttivo per un cablaggio efficiente. Le WLAN sono ottime soluzioni in questi luoghi.

Obiettivi di progettazione

I seguenti sono alcuni degli obiettivi che devono essere raggiunti durante la progettazione di WLAN:

  • Operational simplicity - La progettazione di LAN wireless deve incorporare funzionalità per consentire a un utente mobile di configurare e accedere rapidamente ai servizi di rete in modo semplice ed efficiente.

  • Power efficient operation - La natura limitata dal potere dei dispositivi di elaborazione mobile come laptop e PDA richiede l'importante requisito delle WLAN che operano con minimal power consumption. Pertanto, la progettazione della WLAN deve incorporare funzionalità di risparmio energetico e utilizzare tecnologie e protocolli appropriati per raggiungere questo obiettivo.

  • License-free operation - Uno dei principali fattori che incide sul costo dell'accesso wireless è il canone di licenza per lo spettro in cui opera una particolare tecnologia di accesso wireless. Low cost of accessè un aspetto importante per rendere popolare una tecnologia WLAN. Quindi il design della WLAN dovrebbe considerare le parti dello spettro di frequenza. Per il suo funzionamento chedoes not require un esplicito

  • Tolerance to interference - La proliferazione di diverse tecnologie di rete wireless sia per applicazioni civili che militari hanno portato ad un significativo increase in the interference level attraverso lo spettro radio.

    La progettazione della WLAN dovrebbe tenerne conto e adottare misure appropriate selezionando tecnologie e protocolli per operare in presenza di interferenze.

  • Global Usability - Il design della WLAN, la scelta della tecnologia e la selezione dello spettro di frequenze operative dovrebbero tener conto delle prevalenti spectrum restrictionnei paesi di tutto il mondo. Ciò garantisce l'accettabilità della tecnologia in tutto il mondo.

  • Security - La natura intrinseca di trasmissione del supporto wireless si aggiunge al requisito di caratteristiche di sicurezza da includere nella progettazione della tecnologia WLAN.

  • Safety requirements - La progettazione della tecnologia WLAN deve seguire i requisiti di sicurezza che possono essere classificati nei seguenti.

    • Interferenza con dispositivi medici e altri dispositivi di strumentazione.
    • Aumento del livello di potenza dei trasmettitori che può portare a rischi per la salute.

    Una WLAN ben progettata dovrebbe seguire le restrizioni sulle emissioni di energia applicabili nello spettro di frequenze specificato.

  • Quality of service requirements - Qualità del servizio (QoS) si riferisce alla fornitura di livelli prestazionali designati per il traffico multimediale. Il design della WLAN dovrebbe prendere in considerazione la possibilità disupporting a wide variety di traffico, compreso il traffico multimediale.

  • Compatibility with other technologies and applications - L'interoperabilità tra diverse LAN è importante per una comunicazione efficiente tra host che operano con diverse tecnologie LAN.

Architettura di rete

L'architettura di rete descrive i tipi di WLAN, i componenti di una tipica WLAN e i servizi offerti da una WLAN.

Basato su infrastruttura rispetto a LAN ad hoc

Le WLAN possono essere generalmente classificate in due tipi, ovvero Infrastructure networks e Ad hoc LANs, basato sull'architettura sottostante.

Reti di infrastrutture

Le reti di infrastruttura contengono nodi speciali chiamati Access Points (APs), che sono collegati tramite reti esistenti.

  • Gli AP sono speciali nel senso che possono interagire con i nodi wireless oltre che con la rete cablata esistente.
  • Gli altri nodi wireless, noti anche come stazioni mobili (STA), comunicano tramite AP.
  • Gli AP fungono anche da bridge con altre reti.

LAN ad hoc

Le LAN ad hoc non necessitano di alcuna infrastruttura fissa. Queste reti possono essere configurate al volo in qualsiasi luogo. I nodi comunicano direttamente tra loro per inoltrare i messaggi attraverso altri nodi che sono direttamente accessibili.

La tecnologia senza fili Bluetooth è una tecnologia di comunicazione a corto raggio destinata a sostituire i cavi che collegano l'unità portatile e mantengono alti livelli di sicurezza. La tecnologia Bluetooth si basa suAd-hoc technology conosciuto anche come Ad-hoc Pico nets, che è una rete locale con una copertura molto limitata.

Storia del Bluetooth

La tecnologia WLAN consente la connettività del dispositivo ai servizi basati sull'infrastruttura tramite un provider di servizi wireless. La necessità di dispositivi personali per comunicare in modalità wireless tra loro senza un'infrastruttura consolidata ha portato alla nascita diPersonal Area Networks (PANs).

  • Il progetto Bluetooth di Ericsson nel 1994 definisce lo standard per PAN per consentire la comunicazione tra telefoni cellulari utilizzando interfacce radio a basso consumo e basso costo.

  • Nel maggio 1988, aziende come IBM, Intel, Nokia e Toshiba si sono unite a Ericsson per formare il Bluetooth Special Interest Group (SIG) il cui scopo era sviluppare uno standard di fatto per i PAN.

  • IEEE ha approvato uno standard basato su Bluetooth denominato IEEE 802.15.1 per reti WPAN (Wireless Personal Area Network). Lo standard IEEE copre applicazioni MAC e livello fisico.

Bluetoothspecifica dettaglia l'intero stack del protocollo. Il Bluetooth utilizza la radiofrequenza (RF) per la comunicazione. Fa uso difrequency modulation per generare onde radio in ISM gruppo musicale.

L'utilizzo del Bluetooth è notevolmente aumentato per le sue caratteristiche speciali.

  • Il Bluetooth offre una struttura uniforme per consentire a un'ampia gamma di dispositivi di connettersi e comunicare tra loro.

  • La tecnologia Bluetooth ha raggiunto l'accettazione globale in modo tale che qualsiasi dispositivo abilitato Bluetooth, quasi ovunque nel mondo, possa essere connesso a dispositivi abilitati Bluetooth.

  • Il basso consumo energetico della tecnologia Bluetooth e una portata offerta fino a dieci metri hanno aperto la strada a diversi modelli di utilizzo.

  • Bluetooth offre conferenze interattive stabilendo una rete ad hoc di laptop.

  • Il modello di utilizzo Bluetooth include computer cordless, interfono, telefono cordless e telefoni cellulari.

Piconets e Scatternets

I dispositivi elettronici abilitati Bluetooth si connettono e comunicano in modalità wireless tramite dispositivi a corto raggio noti come Piconets. I dispositivi Bluetooth esistono in piccole configurazioni ad-hoc con la capacità di agire come master o slave per cui la specifica consente un meccanismomaster e slaveper cambiare i loro ruoli. La configurazione punto a punto con un master e uno slave è la configurazione più semplice.

Quando più di due dispositivi Bluetooth comunicano tra loro, si parla di PICONET. Un Piconet può contenere fino a sette slave raggruppati attorno a un singolo master. Il dispositivo che inizializza la creazione di Piconet diventa il filemaster.

Il master è responsabile del controllo della trasmissione suddividendo la rete in una serie di fasce orarie tra i membri della rete, come parte di time division multiplexing schema mostrato di seguito.

Le caratteristiche di Piconets sono le seguenti:

  • All'interno di una Piconet, la temporizzazione dei vari dispositivi e la sequenza di salto di frequenza dei singoli dispositivi è determinata dall'orologio e unica 48-bit address del maestro.

  • Ogni dispositivo può comunicare contemporaneamente con un massimo di altri sette dispositivi all'interno di un singolo Piconet.

  • Ogni dispositivo può comunicare con più piconet contemporaneamente.

  • I piconet vengono stabiliti dinamicamente e automaticamente quando i dispositivi abilitati Bluetooth entrano ed escono dai piconet.

  • Non esiste una connessione diretta tra gli slave e tutte le connessioni sono essenzialmente master-to-slave o slave-master.

  • Gli slave possono trasmettere una volta che questi sono stati interrogati dal master.

  • La trasmissione inizia nello slot di tempo da slave a master immediatamente dopo un pacchetto di polling dal master.

  • Un dispositivo può essere un membro di due o più piconet, che salta da una piconet all'altra regolando il regime di trasmissione-temporizzazione e la sequenza di salto di frequenza dettata dal dispositivo master della seconda piconet.

  • Può essere schiavo in un piconet e padrone in un altro. Tuttavia non può essere un maestro in più di una volta piconet.

  • I dispositivi residenti in piconet adiacenti forniscono un ponte per supportare le connessioni con piconet interno, consentendo agli assiemi di piconet collegati di formare un'infrastruttura di comunicazione fisicamente estensibile nota come Scatternet.

Spettro

La tecnologia Bluetooth opera nella banda ISM (industriale, scientifica e medica) senza licenza da 2,4 a 2,485 GHZ, utilizzando un segnale full-duplex a salto di spettro a una velocità nominale di 1600 hop / sec. la banda ISM a 2,4 GHZ è disponibile e priva di licenza nella maggior parte dei paesi.

Gamma

La portata operativa del Bluetooth dipende dal dispositivo Le radio di classe 3 hanno una portata fino a 1 metro o 3 piedi Le radio di classe 2 si trovano più comunemente nei dispositivi mobili hanno una portata di 10 metri o 30 piedi Le radio di classe 1 vengono utilizzate principalmente in casi di utilizzo industriale hanno una portata di 100 metri o 300 piedi.

Velocità dati

Il Bluetooth supporta una velocità dati di 1 Mbps per la versione 1.2 e una velocità dati di 3Mbps per la versione 2.0 combinata con la velocità dati di errore.

L'avvento di Internet ha causato un cambiamento rivoluzionario nell'uso dei computer e nella ricerca di informazioni. Internet ha influenzato il modo tradizionale di scambio di informazioni e ora quasi ogni città, ogni paese e ogni strada ha accesso a Internet.

Le case, le scuole e le aziende si connettono a Internet oggi utilizzando una varietà di metodi diversi. Un metodo, il servizio Internet wireless, fornisce l'accesso a Internet ai clienti senza la necessità di cavi sotterranei in rame, fibra o altre forme di cablaggio di rete commerciale. Rispetto ai servizi cablati più consolidati come DSL e Internet via cavo, la tecnologia wireless offre maggiore comodità e mobilità alle reti di computer.

Le sezioni seguenti descrivono ogni tipo popolare di servizio Internet wireless disponibile.

Internet via satellite

Introdotto a metà degli anni '90, il satellite è diventato il primo servizio Internet wireless di largo consumo. Rispetto ad altre forme di servizio Internet wireless, il satellite gode del vantaggio diavailability. Richiede solo un piccolodish antenna, satellite modem e piano di abbonamento, il satellite funziona in quasi tutte le aree rurali non servite da altre tecnologie.

Tuttavia, il satellite offre anche una connessione wireless a prestazioni relativamente basse. Satellite soffre dihigh latency(ritardo) le connessioni dovute ai segnali a lunga distanza devono viaggiare tra la Terra e le stazioni orbitanti. Satellite supporta anche quantità relativamente modeste di larghezza di banda di rete.

Reti Wi-Fi pubbliche

Alcuni comuni hanno costruito il loro servizio Internet wireless pubblico utilizzando Wi-Fitecnologia. Questi cosiddettimesh networksunire numerosi punti di accesso wireless insieme per coprire aree urbane più grandi. I singoli hotspot Wi-Fi forniscono anche servizi Internet wireless pubblici in determinate località.

Il Wi-Fi è un'opzione a basso costo rispetto ad altre forme di servizio Internet wireless. L'attrezzatura è poco costosa (molti computer più recenti hanno l'hardware necessario integrato) e gli hotspot Wi-Fi rimangono gratuiti in alcune località.

Banda larga wireless fissa

Il wireless fisso è un tipo di banda larga che utilizza antenne montate puntate su torri di trasmissione radio.

Banda larga mobile

I telefoni cellulari esistono da decenni, ma solo di recente le reti cellulari si sono evolute fino a diventare una forma tradizionale di servizio Internet wireless. Con un adattatore di rete cellulare installato o collegando un telefono cellulare a un computer portatile,Internet connectivitypuò essere mantenuto in qualsiasi area con copertura di torre cellulare. Il servizio a banda larga mobile non funzionerà senza un abbonamento dati Internet da parte di un provider.

Le classiche reti cablate hanno dato vita a numerosi protocolli applicativi come TELNET, FTP e SMTP. L'architettura WAP (Wireless Application Protocol) mira a colmare il divario a livello di applicazione, tra gli utenti wireless ei servizi loro offerti.

Internet senza fili

Internet wireless si riferisce all'estensione dei servizi offerti da Internet agli utenti mobili, consentendo loro di farlo access information e dataindipendentemente dalla loro posizione. I problemi intrinseci associati al dominio wireless, alla mobilità dei nodi e alla progettazione dei protocolli esistenti utilizzati in Internet, richiedono diverse soluzioni per rendere Internet wireless una realtà.

I problemi principali da considerare per Internet wireless sono i seguenti:

  • Affrontare la mobilità
  • Inefficienza dei protocolli del livello di trasporto e
  • Inefficienza dei protocolli a livello di applicazione

Indirizzare la mobilità

Il protocollo del livello di rete utilizzato in Internet è il protocollo IP (Internet Protocol) progettato per reti cablate con nodi fissi. L'IP utilizza un indirizzamento gerarchico con un indirizzo a 32 bit univoco a livello globale che ha due partiNetwork identifier e Host identifier.

L'identificatore di rete si riferisce al file subnet addressa cui è connesso l'host. Lo schema di indirizzamento è stato utilizzato per ridurre le dimensioni della tabella di routing nei router principali di Internet, che utilizza solo la parte di rete dell'indirizzo IP per prendere decisioni di routing.

Questo schema di indirizzamento potrebbe non funzionare direttamente nell'estensione wireless di Internet, poiché gli host mobili potrebbero spostarsi da uno subnet a un altro, ma i pacchetti indirizzati all'host mobile possono essere consegnati alla vecchia sottorete a cui il nodo era originariamente collegato.

Inefficienza dei protocolli del livello di trasporto

Il livello di trasporto è molto importante in Internet e garantisce la configurazione e la manutenzione end-to-end connections, affidabile end-to-end delivery di pacchetti di dati, flow control e congestion control. Il protocollo TCP è il protocollo del livello di trasporto predominante per le reti cablate, anche seUDP, alcune applicazioni utilizzano un protocollo di livello di trasporto inaffidabile senza connessione.

Internet wireless richiede un funzionamento efficiente dei protocolli del livello di trasporto poiché il supporto wireless è intrinsecamente inaffidabile a causa delle sue caratteristiche variabili nel tempo e dell'ambiente. Il protocollo TCP tradizionale richiama un filecongestion control algorithmal fine di gestire la congestione nelle reti. Se un pacchetto di dati o un pacchetto ACK viene perso, TCP presume che il fileloss is due to congestion e riduce della metà le dimensioni della finestra di congestione.

Con ogni successiva perdita di pacchetti, il congestion window is reducede quindi TCP fornisce prestazioni ridotte nei collegamenti wireless. Anche in situazioni in cui la perdita di pacchetti è causata dalink error o collision, il TCP richiama l'algoritmo di controllo della congestione che porta a un throughput molto basso.

L'identificazione della vera causa che ha portato alla perdita di pacchetti è importante per migliorare le prestazioni del TCP sui collegamenti wireless. Alcune delle soluzioni per i problemi del livello di trasporto includono:

  • TCP indiretto (ITCP)
  • Snoop TCP e
  • TCP mobile

Inefficienza dei protocolli a livello di applicazione

I protocolli tradizionali a livello di applicazione utilizzati in Internet come HTTP, TELNET, protocollo di trasferimento della posta semplice (SMTP) e diversi linguaggi di markup come HTMLsono stati progettati e ottimizzati per reti cablate. Molti di questi protocolli non sono molto efficienti se utilizzati con collegamenti wireless.

I problemi principali che impediscono l'utilizzo di HTTP in Internet wireless sono il suo funzionamento senza stato, l'elevato sovraccarico dovuto alla codifica dei caratteri, le informazioni ridondanti trasportate nelle richieste HTTP e l'apertura di un new TCP connection con ogni transazione.

Le capacità dei dispositivi palmari sono limitate, rendendo difficile la gestione di protocolli applicativi costosi dal punto di vista del calcolo e della larghezza di banda. Protocollo applicativo wireless (WAP) e le ottimizzazioni rispetto all'HTTP tradizionale sono alcune delle soluzioni per i problemi a livello di applicazione.

WAP è l'acronimo di Wireless Application Protocol. Il WAP rappresenta una suite di protocolli piuttosto che un singolo protocollo. WAP mira a integrare un browser semplice e leggero noto anche come micro-browser nei dispositivi palmari, richiedendo così quantità minime di risorse comememory e CPU a questi dispositivi.

Il WAP cerca di compensare le carenze dei dispositivi palmari wireless e del collegamento wireless incorporando più intelligenza nei nodi di rete come il routers, web servers, e BSs.

Gli obiettivi principali della suite di protocolli WAP sono i seguenti.

  • Indipendenza dagli standard di rete wireless
  • Interoperabilità tra fornitori di servizi
  • Superare le carenze del mezzo wireless
  • Superare gli inconvenienti dei dispositivi palmari
  • Aumentare l'efficienza e l'affidabilità
  • Fornire sicurezza, scalabilità ed estensibilità

Il modello WAP

Il WAP adotta un approccio client-server. Specifica un server proxy che funge da interfaccia tra il dominio wireless e la rete cablata principale. Questo server proxy, noto anche comeWAP gateway, è responsabile di un'ampia varietà di funzioni come la traduzione del protocollo e l'ottimizzazione del trasferimento dei dati tramite il supporto wireless.

Le parti della rete wireless sono costituite da:

  • Fornitore di contenuti (applicazione o server di origine)
  • Dispositivo mobile (client WAP)
  • Gateway WAP
  • Proxy WAP

L'architettura WAP è stata progettata per seguire da vicino il web. L'unica differenza è che la presenza del gateway WAP sta traducendo tra HTTP e WAP.

Client WAP

Le tre sezioni da menzionare riguardo al client WAP sono l'agente utente WAE, l'agente utente WTA e lo stack WAP.

  • WAE user agent - L'agente utente dell'ambiente dell'applicazione wireless è il browser che esegue il rendering del contenuto per la visualizzazione.

  • WTA user agent - L'agente dell'applicazione per la telefonia wireless riceve i file WTA compilati dal server WTA e li esegue.

  • WAP stack - Lo stack WAP consente al telefono di connettersi al gateway WAP utilizzando i protocolli WAP.

Application Server

L'elemento nella rete in cui risiedono le applicazioni di informazioni (web, WAP) sono proxy WAP, gateway WAP o server WAP -

  • Proxy- Questo è un elemento intermedio che agisce sia come client che come server nella rete in cui si trova tra client e server. Il client gli invia richieste e recupera e memorizza nella cache le informazioni necessarie contattando il Server di origine.

  • Gateway - Questo è un elemento intermedio solitamente utilizzato per collegare due diversi tipi di reti.

WAP Gateway è fondamentalmente un software che viene inserito tra una rete che supporta WAP and IP packet network come Internet.

Lo stack del protocollo WAP

Lo stack del protocollo WAP è mostrato nella figura seguente:

Livello applicazione

Il livello dell'applicazione fornisce un ambiente applicativo inteso per lo sviluppo e l'esecuzione di applicazioni e servizi portabili WAE è costituito da due diversi agenti utente situati sul lato client.

L'agente utente WAE è costituito dal browser e dall'editor di messaggi di testo insieme all'agente utente WTA.

Livello di sessione

Il livello di sessione fornisce metodi per lo scambio organizzato di contenuto tra le applicazioni client / servizio.

Il WAP contiene i seguenti componenti:

  • Connection Oriented Session Services - Questi funzionano su WTP.

  • Connectionless Session Services - Questi operano direttamente su WDP.

  • Session services - Queste funzionalità aiutano a impostare una connessione tra un client e un server utilizzando messaggi primitivi.

Primitives messagessono definiti come messaggi che il client invia al server per richiedere una struttura di servizio. Il client invia primitive di richiesta e riceve primitive di conferma e il server può inviare primitive di risposta e ricevere primitive di indicazione.

Il servizio di sessione senza connessione fornisce solo un servizio non confermato. Per avviare la sessione, il client richiama una primitiva WSP che fornisce alcuni parametri, come l'indirizzo del server, l'indirizzo del client e le intestazioni del client. Per alcuni aspetti, WSP è fondamentalmente una forma binaria di HTTP.

Livello di transazione

Fornisce metodi diversi per eseguire transazioni con un grado di affidabilità variabile.

Livello di sicurezza

Livello opzionale che fornisce, quando sono presenti autenticazione, privacy e connessione sicura, tra le applicazioni. È basato suSSL (Secure Socket Layer). Fornisce servizi che garantiscono la privacy, l'autenticazione del server, l'autenticazione del client e l'integrità dei dati.

Viene aperta una sessione SSL standard tra il server Web e il gateway WAP e la sessione WTLS viene inizializzata tra il gateway e il mobile device. Il contenuto crittografato viene inviato tramite questa connessione dal server al gateway, che lo traduce e lo invia al telefono cellulare. La transazione traSSL e WTLS avviene nella memoria del gateway WAP.

Livello di trasporto

Questo è lo strato inferiore, connesso al servizio portante offerto dall'operatore. I servizi portanti sono la comunicazione tra il telefono cellulare e le stazioni base. Loro includonoSMS, CSD, USSD, GSM, GPRS, DECT, CDMA, FDMA, e TDMA.

Il livello fisico prepara i dati da inviare dal dispositivo mobile sui servizi aerei e invia i dati utilizzando il servizio portante implementato nella rete in cui opera il dispositivo. WDPha un'interfaccia con varie reti portanti, quindi deve avere un'implementazione specifica del portatore. WDP è l'unico livello che deve essere riscritto per supportare diverse reti portanti. Il livello WTP implementa un semplicerequest-response transaction protocollo orientato al posto del meccanismo di connessione handshake a tre vie.

Un satellite è un oggetto che ruota attorno a un altro oggetto. Ad esempio, la terra è un satellite del Sole e la luna è un satellite della terra.

UN communication satellite è un microwave repeater stationin uno spazio utilizzato per i segnali di telecomunicazione, radio e televisione. Un satellite di comunicazione elabora i dati provenienti da una stazione terrestre e li converte in un'altra forma e li invia alla seconda stazione terrestre.

Come funziona un satellite

Due stazioni sulla terra vogliono comunicare tramite trasmissioni radiofoniche ma sono troppo lontane per usare mezzi convenzionali. Le due stazioni possono utilizzare una stazione di rilancio per la loro comunicazione. Una stazione terrestre trasmette il segnale al satellite.

Uplink frequencyè la frequenza con cui la stazione di terra comunica con il satellite. Il transponder satellitare converte il segnale e lo invia alla seconda stazione terrestre, e questa viene chiamataDownlink frequency. Anche la seconda stazione di terra comunica con la prima nello stesso modo.

Vantaggi di Satellite

I vantaggi delle comunicazioni satellitari sono i seguenti:

  • L'area di copertura è molto alta rispetto a quella dei sistemi terrestri.
  • Il costo di trasmissione è indipendente dall'area di copertura.
  • Sono possibili larghezze di banda maggiori.

Svantaggi di Satellite

Gli svantaggi delle comunicazioni satellitari sono i seguenti:

  • Il lancio di satelliti in orbita è un processo costoso.
  • Le larghezze di banda vengono gradualmente esaurite.
  • Elevato ritardo di propagazione per i sistemi satellitari rispetto ai sistemi terrestri convenzionali.

Nozioni di base sulla comunicazione satellitare

Il processo di comunicazione satellitare inizia in un earth station. Qui un'installazione è progettata per trasmettere e ricevere segnali da un satellite in orbita attorno alla terra. Le stazioni terrestri inviano informazioni ai satelliti sotto forma di segnali ad alta potenza e alta frequenza (gamma GHz).

I satelliti receive e retransmit i segnali tornano a terra dove vengono ricevuti da altre stazioni di terra nell'area di copertura del satellite. Satellite's footprint è l'area che riceve un segnale di potenza utile dal satellite.

Il sistema di trasmissione dalla stazione terrestre al satellite attraverso un canale si chiama uplink. Il sistema dal satellite alla stazione terrestre attraverso il canale si chiamadownlink.

Bande di frequenza satellitare

Le bande di frequenza satellitare comunemente utilizzate per la comunicazione sono le Cband, Ku-band, e Ka-band. La banda C e la banda Ku sono gli spettri di frequenza comunemente usati dai satelliti odierni.

È importante notare che esiste una relazione inversa tra frequenza e lunghezza d'onda, cioè quando la frequenza aumenta, la lunghezza d'onda diminuisce questo aiuta a capire la relazione tra antenna diameter e transmission frequency. Antenne più grandi (antenne paraboliche) sono necessarie per raccogliere il segnale con una lunghezza d'onda crescente.

Orbite terrestri

Un satellite quando viene lanciato nello spazio, deve essere posizionato in una certa orbita per fornire un modo particolare per la sua rivoluzione, in modo da mantenere l'accessibilità e servire al suo scopo sia scientifico, militare o commerciale. Tali orbite che sono assegnate ai satelliti, rispetto alla terra, sono chiamate comeEarth Orbits. I satelliti in queste orbite sono satelliti in orbita terrestre.

I tipi importanti di orbite terrestri sono:

  • Orbita terrestre geosincrona
  • Orbita terrestre geostazionaria
  • Orbita terrestre media
  • Orbita terrestre bassa

Satelliti geosincroni in orbita terrestre (GEO)

Un satellite in orbita terrestre geosincrono è uno che si trova a un'altitudine di 22.300 miglia sopra la Terra. Questa orbita è sincronizzata con un fileside real day(cioè 23 ore e 56 minuti). Questa orbita puòhave inclination and eccentricity. Potrebbe non essere circolare. Questa orbita può essere inclinata ai poli della terra. Ma sembra stazionario se osservato dalla Terra.

La stessa orbita geo-sincrona, se lo è circulare nel piano dell'equatore, è chiamata orbita geostazionaria. Questi satelliti sono posizionati a 35.900 km (come geosincrono) sopra l'equatore terrestre e continuano a ruotare rispetto alla direzione terrestre (da ovest a est). Questi satelliti sono consideratistationary rispetto alla terra e quindi il nome implica.

I satelliti geostazionari in orbita terrestre vengono utilizzati per previsioni meteorologiche, TV satellitare, radio satellitare e altri tipi di comunicazioni globali.

La figura sopra mostra la differenza tra orbite geosincrone e geostazionarie. L'asse di rotazione indica il movimento della Terra.

Il punto principale da notare qui è che ogni orbita Geo-Stazionaria è un'orbita Geo-Sincrona. Ma ogni orbita geosincrona NON è un'orbita geostazionaria.

Satelliti in orbita terrestre media (MEO)

Le reti satellitari in orbita terrestre media (MEO) orbiteranno a distanze di circa 8000 miglia dalla superficie terrestre. I segnali trasmessi da un satellite MEO percorrono una distanza inferiore. Ciò si traduce in una migliore potenza del segnale all'estremità ricevente. Ciò mostra che terminali riceventi più piccoli e più leggeri possono essere utilizzati all'estremità ricevente.

Poiché il segnale percorre una distanza minore da e verso il satellite, il ritardo di trasmissione è inferiore. Transmission delay può essere definito come il tempo impiegato da un segnale per viaggiare su un satellite e tornare indietro a una stazione ricevente.

Per le comunicazioni in tempo reale, minore è il ritardo di trasmissione, migliore sarà il sistema di comunicazione. Ad esempio, se un satellite GEO richiede 0,25 secondi per un viaggio di andata e ritorno, il satellite MEO richiede meno di 0,1 secondi per completare lo stesso viaggio. MEOs opera nella gamma di frequenza di 2 GHz e superiore.

Satelliti in orbita terrestre bassa (LEO)

I satelliti LEO sono principalmente classificati in tre categorie: piccoli LEO, grandi LEO e Mega-LEO. I LEO orbiteranno a una distanza compresa tra 500 e 1000 miglia sopra la superficie terrestre.

Questa distanza relativamente breve riduce il ritardo di trasmissione a soli 0,05 secondi. Ciò riduce ulteriormente la necessità di apparecchiature di ricezione sensibili e ingombranti. I piccoli LEO opereranno nella gamma di 800 MHz (0,8 GHz). I Big LEO opereranno nella gamma dei 2 GHz o superiore, mentre i Mega-LEO opereranno nella gamma dei 20-30 GHz.

Le frequenze più alte associate a Mega-LEOs si traduce in una maggiore capacità di trasporto delle informazioni e si traduce nella capacità di uno schema di trasmissione video in tempo reale ea basso ritardo.

Piattaforme High Altitude Long Endurance (HALE)

Le piattaforme sperimentali HALE sono fondamentalmente aeroplani altamente efficienti e leggeri che trasportano apparecchiature di comunicazione. Questo agirà comevery low earth orbit geosynchronous satellites.

Queste imbarcazioni saranno alimentate da una combinazione di batteria e energia solare o da motori a turbina ad alta efficienza. Le piattaforme HALE offrirannotransmission delays of less than 0.001 seconds a un'altitudine di soli 70.000 piedi, e anche better signal strength per ricevitori portatili molto leggeri.

Orbital Slots

Qui può sorgere una domanda che con più di 200 satelliteslassù in orbita geosincrona, come possiamo evitare che si scontrino o tentino di utilizzare la stessa posizione nello spazio? Per rispondere a questo problema, organismi di regolamentazione internazionali come l'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU) e organizzazioni governative nazionali come la Federal Communications Commission (FCC) designano le posizioni sull'orbita geosincrona in cui possono essere localizzati i satelliti per le comunicazioni.

Queste posizioni sono specificate in gradi di longitudine e sono chiamate come orbital slots. FCC e ITU hanno progressivamente ridotto la spaziatura richiesta fino a soli 2 gradi per i satelliti in banda C e Ku ​​a causa dell'enorme domanda di slot orbitali.