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Wireless Networks Wireless Networks Bluetooth Bluetooth und und WLAN WLAN David Weese David Weese [email protected] [email protected]

Wireless Networks

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Wireless Networks. Bluetooth und WLAN. David Weese [email protected]. Inhalt. Bluetooth Bluetooth Stack Radio Frequency Schicht Baseband Schicht Slots, One-Slot Frames Multi-Slot Frames L2CAP Piconets Scatternets Verbindungsaufbau. WLAN IEEE 802.x Standards - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Wireless Networks

Wireless NetworksWireless Networks

BluetoothBluetooth und und WLANWLAN

David WeeseDavid [email protected]@informatik.hu-berlin.de

Page 2: Wireless Networks

InhaltInhalt

BluetoothBluetooth• Bluetooth StackBluetooth Stack• Radio Frequency Radio Frequency

SchichtSchicht• Baseband SchichtBaseband Schicht• Slots, One-Slot FramesSlots, One-Slot Frames• Multi-Slot FramesMulti-Slot Frames• L2CAPL2CAP• PiconetsPiconets• ScatternetsScatternets• VerbindungsaufbauVerbindungsaufbau

WLANWLAN• IEEE 802.x StandardsIEEE 802.x Standards• IEEE 802.11 IEEE 802.11

StandardsStandards• Ad Hoc NetzwerkeAd Hoc Netzwerke• Infrastructure Infrastructure

NetzwerkeNetzwerke• ServicesServices• PaketaufbauPaketaufbau

• VergleichVergleich• LiteraturLiteratur

Page 3: Wireless Networks

BluetoothBluetooth

• im Mai 1998 von den Herstellern Ericsson, Nokia, IBM, Intel und im Mai 1998 von den Herstellern Ericsson, Nokia, IBM, Intel und Toshiba veröffentlichter StandardToshiba veröffentlichter Standard

• die fünf Firmen bilden die SIG (Bluetooth Special Interest Group)die fünf Firmen bilden die SIG (Bluetooth Special Interest Group)• benannt nach König Harald Blatand, 10. Jahrhundertbenannt nach König Harald Blatand, 10. Jahrhundert• besteht aus Core Specifications und Profile Specificationsbesteht aus Core Specifications und Profile Specifications• energiesparendes Single-Chip-Modulenergiesparendes Single-Chip-Modul• preisgünstig und einfach integrierbarpreisgünstig und einfach integrierbar• 1MBit/s PHY-Durchsatz1MBit/s PHY-Durchsatz

Page 4: Wireless Networks

Bluetooth StackBluetooth Stack

Page 5: Wireless Networks

RRadio adio FFrequency Schichtrequency Schicht

• arbeitet mit 2,4 GHz im arbeitet mit 2,4 GHz im ISMISM-Band (-Band (IIndustrial, ndustrial, SScientific, cientific, MMedical) edical) • in diesem Bereich stehen in Amerika, Europa und Japan bis zu 79 in diesem Bereich stehen in Amerika, Europa und Japan bis zu 79

Kanäle im Abstand von 1 MHz zur freien VerfügungKanäle im Abstand von 1 MHz zur freien Verfügung• erlaubte Sendeleistung beträgt 100mWerlaubte Sendeleistung beträgt 100mW• benutzt benutzt FFrequency requency HHopping opping SSpread pread SSpectrum:pectrum:

alle 625us wechselt die Trägerfrequenz im Bereich 2,402 bis alle 625us wechselt die Trägerfrequenz im Bereich 2,402 bis 2,480 GHz2,480 GHz

• normale Reichweite = 10m (bei Standard 1mW)normale Reichweite = 10m (bei Standard 1mW)• erhöhte Reichweite = 100m (bei max. 100mW)erhöhte Reichweite = 100m (bei max. 100mW)

Page 6: Wireless Networks

BasebandBaseband Schicht Schicht

• pseudo-zufällig variiert die Trägerfrequenz während des Senden pseudo-zufällig variiert die Trägerfrequenz während des Senden und Empfangens über das gesamte Frequenzspektrumund Empfangens über das gesamte Frequenzspektrum

• Sender und Empfänger einigen sich auf dasselbe MusterSender und Empfänger einigen sich auf dasselbe Muster• Daten werden innerhalb von Frames übermitteltDaten werden innerhalb von Frames übermittelt• Frames umfassen einen oder bis zu fünf 625us breite SlotsFrames umfassen einen oder bis zu fünf 625us breite Slots

Page 7: Wireless Networks

Slot 1Slot 1 Slot 2Slot 2 Slot 3Slot 3 Slot 4Slot 4 Slot 5Slot 5 Slot 6Slot 6

Slots, One-Slot Frames

MasterMaster

SlaveSlave

625us625us

tt

FrameFrame

FrameFrame

FrameFrame

FrameFrame

FrameFrame

FrameFrame

• 1600 Hops/s1600 Hops/s• Transferrate max. 172 KBit/sTransferrate max. 172 KBit/s• 30 Byte Payload / Frame30 Byte Payload / Frame

Page 8: Wireless Networks

Slot 1Slot 1 Slot 2Slot 2 Slot 3Slot 3 Slot 4Slot 4

Multi-Slot Frames

MasterMaster

SlaveSlave

625us625us

tt

FrameFrame

FrameFrame

• bei 5:1-Slot Transferratebei 5:1-Slot Transferratemax. 721 KBit/smax. 721 KBit/s in 5-Slot Richtung in 5-Slot Richtungmax. 57.6 KBit/s in 1-Slot Richtungmax. 57.6 KBit/s in 1-Slot Richtung

Page 9: Wireless Networks

L2CAPL2CAP

• LLogical ogical LLink ink CControl and ontrol and AAdaption daption PProtocolrotocol• stückelt Pakete der OSI-Schichten 3 und höherstückelt Pakete der OSI-Schichten 3 und höher• behandelt Protokolle wie TCP/IP, RFCOMM (serielle behandelt Protokolle wie TCP/IP, RFCOMM (serielle

Schnittstellenemulation), PPPSchnittstellenemulation), PPP• verzichtet wird bspw. auf den Transfer des CRC bei IPverzichtet wird bspw. auf den Transfer des CRC bei IP• TCP Header wird kürzer, da Pakete über TCP Header wird kürzer, da Pakete über BasebandBaseband immer in immer in

richtiger Reihenfolge und verlässlich übertragen werdenrichtiger Reihenfolge und verlässlich übertragen werden

Page 10: Wireless Networks

PiconetsPiconets

MasterMasterSlave 1Slave 1

Slave 2Slave 2

• ein Piconet besitzt genau einen Master und bis zu 255 Slavesein Piconet besitzt genau einen Master und bis zu 255 Slaves• aktive Slaves haben 3 Bit breite Adressenaktive Slaves haben 3 Bit breite Adressen• alle anderen Geräte werden mit 8 Bit adressiertalle anderen Geräte werden mit 8 Bit adressiert

Page 11: Wireless Networks

ScatternetsScatternets

Slave 1Slave 1Slave 2+ASlave 2+A

Slave BSlave B

Slave CSlave C

MasterMasterMasterMaster

Page 12: Wireless Networks

Page AntwortPage Antwort

VerbindungsaufbauVerbindungsaufbau

DD

AA

CC

EE

BB

IDaIDa

IDeIDe

IDdIDd

IDcIDcIDbIDb

InquireInquire

Inquire AntwortInquire Antwort

Inquire AntwortInquire AntwortInquire AntwortInquire Antwort

PagePage

Page AntwortPage Antwort

IDaIDaIDaIDa

MasteMasterr

SlavSlavee SlavSlav

ee

IDaIDa

Page 13: Wireless Networks

WLAN

• erste Veröffentlichung durch das erste Veröffentlichung durch das Institute of Electrical and Electronics Institute of Electrical and Electronics EngineersEngineers 1997 als IEEE 802.11 Standard 1997 als IEEE 802.11 Standard

• definiert eine MAC-Schicht und drei PHY-Schichten:definiert eine MAC-Schicht und drei PHY-Schichten:• FHSSFHSS• DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)• IrDAIrDA

• seit 1999 gibt es zwei Erweiterungen:seit 1999 gibt es zwei Erweiterungen:• IEEE 802.11b mit Verbesserung von DSSS (5,5 und 11 MBit/s)IEEE 802.11b mit Verbesserung von DSSS (5,5 und 11 MBit/s)• IEEE 802.11a mit IEEE 802.11a mit OOrthogonal rthogonal FFrequency requency DDivision ivision MMultiplexing (54 ultiplexing (54

MBit/s)MBit/s)• lässt sich transparent in bestehende 802.x Netzwerke einbindenlässt sich transparent in bestehende 802.x Netzwerke einbinden

• Wireless Ethernet Compatibility Alliance testet die Interfunktion Wireless Ethernet Compatibility Alliance testet die Interfunktion zwischen Transceivern und Access Points entsprechend dem IEEE-zwischen Transceivern und Access Points entsprechend dem IEEE-802.11x-Standard und erteilt auch entsprechende Zertifikate. 802.11x-Standard und erteilt auch entsprechende Zertifikate. Gründungsmitglieder der WECA sind Aironet, Intersil, Lucent Gründungsmitglieder der WECA sind Aironet, Intersil, Lucent Technologies, Nokia, Symbol Technologies und 3Com Technologies, Nokia, Symbol Technologies und 3Com

Page 14: Wireless Networks

IEEE 802.x Standards

802.7 BROADBAND TAG802.7 BROADBAND TAG

802.8 FIBER OPTIC TAG802.8 FIBER OPTIC TAG

802.1 BRIDGING802.1 BRIDGING

802.2 LOGICAL LINK802.2 LOGICAL LINK

802.3802.3MACMAC

Eth.Eth.

802.3802.3PHYPHY

802.4802.4MACMAC

802.4802.4PHYPHY

802.5802.5MACMAC

TokenToken

802.5802.5PHYPHY

802.6802.6MACMAC

802.6802.6PHYPHY

802.9802.9MACMAC

802.9802.9PHYPHY

802.11802.11MACMAC

WLANWLAN

802.11802.11PHYPHY

802.12802.12MACMAC

802.12802.12PHYPHY

Physical LayerPhysical Layer

DataDataLinkLinkLayerLayer

Page 15: Wireless Networks

IEEE 802.11x Standards

StandardStandard TransferratTransferratee

TechnologiTechnologiee

FrequenzFrequenz

IEEE 802.11IEEE 802.11 1 MBit/s1 MBit/s FHSS/DSSSFHSS/DSSS 2,4 GHz2,4 GHz

IEEE 802.11IEEE 802.11 2 MBit/s2 MBit/s FHSS/DSSSFHSS/DSSS 2,4 GHz2,4 GHz

IEEE 802.11bIEEE 802.11b 5,5 MBit/s5,5 MBit/s DSSSDSSS 2,4 GHz2,4 GHz

IEEE 802.11bIEEE 802.11b 11 MBit/s11 MBit/s DSSSDSSS 2,4 GHz2,4 GHz

IEEE 802.11aIEEE 802.11a 54 MBit/s54 MBit/s OFDMOFDM 5 GHz5 GHz

Page 16: Wireless Networks

Ad Hoc Netzwerke

STSTAA

STSTAA

STSTAA

• Netzwerkkomponenten sind Netzwerkkomponenten sind STASTAs (Station) und s (Station) und APAPs (Access Point) s (Access Point)

Page 17: Wireless Networks

Ad Hoc Netzwerke

STSTAA

STSTAA

STSTAA

Netzwerk mit HindernisNetzwerk mit Hindernis

Page 18: Wireless Networks

Infrastructure Netzwerke

STSTAA

STSTAA

STSTAA

STSTAA

STSTAA

Wired LANWired LAN

APAPAPAP

BSSBSS BSSBSS

DSDS PortalPortal

Extended Service SetExtended Service Set

Page 19: Wireless Networks

Privacy

MSDU delivery

STA Service

Authentication

Beschreibung

dient zur Sicherung gegenüber unautorisierten Zugriffen und zur Bestätigung der Identitäten zweier STA untereinander

Deauthentication

beendet eine bestehende Authentifizierung

verschlüsselt den Inhalt der Pakete mit WEP (Wired Equivalent Privacy), standardmäßig RC4 mit 40 Bit Schlüsseln (wird von einigen Herstellern auch durch 128 Bit Verschlüsselungsalgo-rithmen ersetzt)asynchroner Transport der MSDU (MAC Service Data Unit) Pakete von Peer to Peer

Services

Page 20: Wireless Networks

DS Service

Beschreibung

Association Anmeldung einer STA bei einem AP mit Identitäts- und Adressbekanntgabe

Disassociation

Abmeldung einer STA bei einem AP

Distribution regelt die Verteilung der Pakete zwischen verschiedenen BSSen, zwischen BSS und Wired LAN oder als Repeater in einem BSS

Integration verarbeitet alle Pakete, die als Ziel das Portal haben und ins integrierte LAN geroutet werden sollen

Reassociation

wird benötigt, wenn eine STA von einem BSS in ein anderes wechselt

Services

Page 21: Wireless Networks

Paketaufbau

......

FFCC

DaueDauerr

Adresse 1Adresse 1 Adresse 2Adresse 2 Adresse 3Adresse 3

Adresse 4Adresse 4 FCSFCS

SeSeqq

NutzdatenNutzdaten

PVPV PVPV TypTyp TypTyp SubSubTypTyp

SubSubTypTyp

SubSubTypTyp

SubSubTypTyp

ToToDSDS

FromFromDSDS

MoreMoreFrag.Frag.RetryRetryPowrPowr

Mng.Mng.MoreMoreDataData WEPWEPOrderOrder

To DS From DS

Bedeutung Adresse 1

Adresse 2

Adresse 3

Adresse 4

0 0 Endgerät zu Endgerät

DA SA BSSID frei

0 1 AP zu Endgerät DA BSSID SA frei

1 0 Endgerät zu AP BSSID SA DA frei

1 1 AP zu AP RA TA DA SA

DA: Destination Address (Zieladresse)

SA: Source Address (Quelladresse)

BSSID:

Basic Service Set ID (Basisadresse des WLANs, meist Adresse des AP)RA: Receiver Address (Empfängeradresse, Zieladresse des AP)

TA: Transmitter Address (Senderadresse, Quelladresse des AP)

Page 22: Wireless Networks

VergleichBluetoothBluetooth

• wenig Hardwarelayerwenig Hardwarelayer• 1-Chip-Lösung1-Chip-Lösung• gut integrierbargut integrierbar• günstige Herstellunggünstige Herstellung• geringer geringer

StromverbrauchStromverbrauch

• geringer geringer DatendurchsatzDatendurchsatz

• schlecht geeignet für schlecht geeignet für LANsLANs

• HandysHandys• HeadsetsHeadsets• UhrenUhren

WLANWLAN

• hoher Datendurchsatzhoher Datendurchsatz• einfach in bestehende 802.x- einfach in bestehende 802.x-

Netzwerke integrierbarNetzwerke integrierbar• für viele User geeignetfür viele User geeignet• großflächige Abdeckung mit ESSgroßflächige Abdeckung mit ESS

• höherer Stromverbrauchhöherer Stromverbrauch• komplexere Hardwarekomplexere Hardware• ungeeignet für kleine mobile ungeeignet für kleine mobile

GeräteGeräte

• LaptopsLaptops• HandheldsHandhelds• PCsPCs

VorteileVorteile

NachteileNachteile

NutzungNutzung

Page 23: Wireless Networks

Literatur

Bluetooth Specifications, Bluetooth Special Interest GroupBluetooth Specifications, Bluetooth Special Interest Grouphttp://www.bluetooth.comhttp://www.bluetooth.com

IEEE Std 802.x, Institute of Electrical and Electronics EngineersIEEE Std 802.x, Institute of Electrical and Electronics Engineershttp://grouper.ieee.org/groups/802/11/index.htmlhttp://grouper.ieee.org/groups/802/11/index.html

+ diverse Artikel aus Suchmaschinen+ diverse Artikel aus Suchmaschinen

Page 24: Wireless Networks

ENDEENDE