4-wman

  • May 2020
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Politecnico di Milano Facoltà di Ingegneria dell’Informazione

4 – Reti radio metropolitane (WMAN) Reti Mobili Distribuite Prof. Antonio Capone

Broadband Wireless Access (BWA) Core Network

Base Station (BS) A. Capone: Reti mobili distribuite

† Connessioni wireless ad elevata velocità † Costo ridotto delle infrastrutture di rete

Subscriber Station (SS) 2

WiMAX † Architettura congruente con IP „

IP mette WiMAX in posizione ottimale in termini di prestazione/costo

† Al contrario dei sistemi 3G WiMAX è stato progettato per realizzare sistemi fissi. La mobilità è stata aggiunta successivamente. † WiMAX si pone in posizione intermedia tra WiFi e sistemi 3G in termini di „ „ „ „

velocità copertura QoS mobilità

† In futuro sono attesi lo standard IEEE 802.20 per l’altissima velocità (250 kmph) e lo standard IEEE 802.22 per sfruttare “the unused channels” presenti in aree rurali e remote A. Capone: Reti mobili distribuite

3

Broadband Wireless Access (BWA) † Il “working group” IEEE 802.16 è stato costituito nel 1998 per definire un accesso BWA con le seguenti caratteristiche iniziali: „ „ „

stazioni in visibilità (LOS) topologia: point-to-multipoint banda: 10 GHz - 66 GHz

† Lo standard IEEE 802.16 pubblicato nel dicembre 2001 utilizza a livello fisico una sola portante con un MAC layer di tipo burst TDM † Successivamente è stato aggiunto un emendamento, detto 802.16a: „ „

applicazioni NLOS nella banda 2 GHz - 11GHz con livello fisico basato su OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) livello MAC per supportare l’accesso OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

A. Capone: Reti mobili distribuite

4

IEEE 802.16 BWA Standards † Infine sono state pubblicate due varianti standard „ lo standard IEEE 802.16-2004 (giugno 2004) che definisce un accesso BWA fisso „ lo standard IEEE 802.16e-2005 (dicembre 2005), emendamento dello standard IEEE 802.16-2004, che comprende la mobilità ed il fast handover

† WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) è il nome normalmente usato per apparati basati sugli standard 802.16

A. Capone: Reti mobili distribuite

5

BWA Working Groups IEEE Standard

Bande di frequenza

Approvato

Descrizione

IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004)

2-66 GHz

2004

Interfaccia radio per Fixed Broadband Wireless Access System

IEEE 802.16.2-2004

2-66 GHz

2004

Coesistenza tra Fixed Broadband Wireless Access Systems

IEEE 802.16e (IEEE 802.16e-2005)

2-66 GHz

2005

Estensione dello standard IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004) al fine di supportare sia terminali fissi che mobili

IEEE 802.16f-2005

2-66 GHz

2005

Estensione dello standard IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004) per il management base

IEEE 802.16i

2-66 GHz

no

Estensione dello standard IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004) per il mobile management base

IEEE 802.16h

2-66 GHz

no

Meccanismi per facilitare la coesistenza in frequenze senza licenza

IEEE 802.16j

2-66 GHz

no

Estensione dello standard IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004) con specifiche per relay multi-hop

IEEE 802.16k

2-66 GHz

no

Estensione dello standard IEEE 802.16d (IEEE 802.16-2004) con specifiche di bridging

IEEE 802.20

< 3.5 GHz

no

Interfaccia radio per Mobile Wireless Access Systems

A. Capone: Reti mobili distribuite

6

WiMAX versus 3G and WiFI † †

† † † †

† †

Fessibilità nella scelta della banda del canale (da 1,25 a 20 MHz) In WiFI e WiMAX la modulazione OFDM permette di offrire velocità di picco molto più elevate rispetto ai sistemi CDMA che richiedono lo spreading In WiMAX efficienza spettrale superiore a quella dei sistemi 3G L’uso di antenne multiple è connaturato solo in WiMAX L’implementazione di tecnologia MIMO è più complessa nei sistemi 3G rispetto ai sistemi WiMAX WiMAX è più efficiente nel fornire link simmetrici (per sistemi E1) e più flessibile nel cambiare il rapporto di banda tra uplink e downlink I sistemi 3G presentano una asimmetria fissa nella velocità dei dati tra downlink e uplink WiMAX è progettato per lavorare con IP e per supportare a livello MAC differenti tipi di traffico

A. Capone: Reti mobili distribuite

7

Protocolli IEEE 802.16

„

ATM, IP, ecc.

A. Capone: Reti mobili distribuite

CS SAP Service Specific Convergence sub-layer (CS)

MAC

MAC SAP MAC Common Part sub-layer (MAC CPS)

Privacy sub-layer

PHY SAP

PHY

† Il Physical layer è definito mediante diverse specifiche in base alle frequenze utilizzate † Il Privacy sub-layer fornisce autenticazione e meccanismi di scambio delle chiavi † Il Common Part sub-layer fornisce le funzionalità base del livello MAC † Il Service Specific Convergence sub-layer è un’interfaccia logica con i livelli superiori

Physical layer (PHY)

8

Bande di frequenza † 10-66 GHz con licenza

„ fenomeno attenuativo dovuto a strutture, pioggia, ecc. „ Line-Of-Sight (LOS)

† 2-11 GHz con licenza

„ Non-Line-Of-Sight (NLOS) „ fenomeno multi-path

Area urbana

† 2-11 GHz senza licenza

„ Non-Line-Of-Sight (NLOS) „ fenomeno multi-path „ interferenza dovuta ad altri utenti

A. Capone: Reti mobili distribuite

9

Livello fisico (PHY) Identificativo

Applicabilità

WirelessMAN-SC

10-66 GHz

WirelessMAN-SCa

2-11 GHz Bande con licenza

WirelessMAN-OFDM

2-11 GHz Bande con licenza

WirelessMAN-OFDMA

2-11 GHz Bande con licenza

WirelessHUMAN

2-11 GHz Bande senza licenza

† Modulazione „ Single Carrier (SC) „ Multi Carrier † Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) A. Capone: Reti mobili distribuite

10

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Dominio delle frequenze Data Carriers

Guard Band

DC Carrier

CHANNEL

Dominio del tempo

Pilot Carriers

Guard Band

Tg

Tb

OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access sub-channel #1

sub-channel #2

sub-channel #3

X

† Sub-channel: gruppo di sub-carrier dati A. Capone: Reti mobili distribuite

11

Livello fisico (PHY) † PHY basato su trame (frame) † Accesso multiplo Time Division Multiple Access (TDMA) † Duplexing può essere „ Frequency Division Duplexing (FDD) „ Time Division Duplexing (TDD)

A. Capone: Reti mobili distribuite

12

Duplexing

Frequency Division Duplexing (FDD)

Time Division Duplexing (TDD)

A. Capone: Reti mobili distribuite

13

MAC Common Part sub-layer † Protocollo orientato alla connessione MAC Management msg.

SDU

Generic Payload CRC Header

Generic Header

MAC PDU 1

A. Capone: Reti mobili distribuite

Payload

MAC PDU 2

CRC

Generic Header

SDU: Service Data Unit PDU: Protocol Data Unit

Payload

CRC

MAC PDU 3

14

MAC PDU 9 9 Generic MAC PDU

Bandwidth Request

Messaggio di MAC management Dati (SDU)

MAC Header

Payload

6 byte

0-2042 byte

MAC Header

CRC opzionale

6 byte

4 byte

A. Capone: Reti mobili distribuite

CRC opzionale 4 byte

15

Messaggi di MAC Management † Messaggi trasportati nel Payload delle MAC PDU † sono utilizzati per „ accesso alla rete „ scheduling „ ecc. Management Message Type

A. Capone: Reti mobili distribuite

Management Message Payload

16

EKS

Rsv

CI

TYPE

Rsv

EC

HT = 0

Generic MAC Header

LEN

CID

CID

HCS

HT: Header Type EC: Encryption Control TYPE: Payload Type CI: CRC indicator EKS: Encrypted Key Sequence A. Capone: Reti mobili distribuite

LEN

LEN: Length CID: Connection Identifier HCS: Header Check Sequence

17

EC = 0

HT = 1

Bandwidth Request MAC Header TYPE

BR

BR

CID

CID

HCS

BR: Bandwidth Request CID: Connection Identifier EC: Encryption Control HCS: Header Check Sequence HT: Header Type TYPE: Bandwidth Request Type A. Capone: Reti mobili distribuite

18

MAC sub-header † Esistono 5 tipi „ „ „ „ „

Mesh Fragmentation Packing Fast Feedback Allocation Grant Management

Generic MAC Grant Fast Feedback Packing/ Mesh Header Management Allocation Fragmentation

A. Capone: Reti mobili distribuite

Payload

CRC opzionale

19

Sub-header MESH

Node ID 2 byte

FRAGMENTATION

FC

FSN/ BSN

Rsv

FC: Fragment state FSN: Fragment Sequence Number (se disabled-ARQ) BSN: Block Sequence Number (se enabled-ARQ)

2 byte PACKING

FSN/ FC BSN

Length 3 byte

PIGGYBACK

Request 2 byte

A. Capone: Reti mobili distribuite

20

MAC Common Part sub-layer † Il MAC Common sub-layer gestisce: „ „ „ „ „

accesso alla rete meccanismo di acceso multiplo scheduling qualità del servizio (QoS) gestione della potenza

A. Capone: Reti mobili distribuite

21

Service Convergence Specific sub-layer

† I dati ricevuti dai livelli superiori vengono classificati „ applicando una lista di regole per ottenere † Service Flow ID † Connection ID (CID)

„ assegnando i parametri di QoS

A. Capone: Reti mobili distribuite

22

Topologie di rete † Lo standard IEEE 802.16 specifica due topologie di rete: „ Point-to-MultiPoint (PMP) „ MultiPoint-to-MultiPoint (Mesh)

† Nella topologia Mesh le connessioni multi-hop sono possibili attraverso connessioni dirette tra SSs, dette Mesh SSs A. Capone: Reti mobili distribuite

PMP SS

PMP BS

PMP SS

Mesh BS

Mesh SS

Mesh SS

Mesh SS

23

Sistemi BWA IEEE 802.16 IEEE 802.16-2004 10-66 GHz

IEEE 802.162004 2-11 GHz PMP

IEEE 802.16e-2005 2-11 GHz PMP

IEEE 802.16-2004 2-11 GHz Mesh

Modulazione

Single Carrier

Single Carrier Multi Carrier (OFDM)

Single Carrier Multi Carrier (OFDMA)

Multi Carrier (OFDM)

Duplexing

FDD TDD

FDD TDD

FDD TDD

TDD

Banda del canale

25-28 MHz

1.75-3-3.5-5.57-10 MHz

1.25-3.5-7-10-14-2028 MHz

1.75-3-3.5-5.57-10 MHz



Mobilità Advanced Antenna Systems (AAS) Multi-hop

A. Capone: Reti mobili distribuite









24

Point-to-MultiPoint (PMP) Backbone Network IEEE 802.16-2004 IEEE 802.16e-2005 wireless / wired

A. Capone: Reti mobili distribuite

25

IEEE 802.16-2004 OFDM

A. Capone: Reti mobili distribuite

26

Parametri OFDM PHY Parametro

Descrizione

Valore

NFFT

numero dei punti della FFT

256

NSD

numero portanti dati

192

NSP

numero portanti pilota

8

NSN

numero portanti nulle

56

BW

banda nominale del canale

variabile

n

fattore di campionamento

dipende da BW

G

rapporto tra prefisso ciclico ed il tempo di simbolo utile (Tg/Tb)

1/4; 1/8; 1/16; 1/32

Tsimbolo

durata del simbolo OFDM

dipende da NFFT, BW, n, G

TFRAME

durata del frame

variabile

Nsimboli

numero di simboli OFDM per frame

TFRAME/Tsimbolo

A. Capone: Reti mobili distribuite

27

Diagramma del trasmettitore bit source

RANDOMIZER

RS

CC

INTERLEAVING

MODULAZIONE

OFDM TX

† La codifica di canale è realizzata in tre fasi „ Randomizer „ Forward Error Correction (FEC) „ Interleaving

† al lato ricevitore vengono applicate in ordine inverso A. Capone: Reti mobili distribuite

28

Codifica e modulazione Modulazione

Blocco non codificato [byte]

Blocco codificato [byte]

Rate del codice Rc

Codice Reed Solomon RS

Codice Convoluzionale Compatibile CC

BPSK

12

24

1/2

(12,12,0)

1/2

QPSK

24

48

1/2

(32, 24, 4)

2/3

QPSK

36

48

3/4

(40, 36, 2)

5/6

16-QAM

48

96

1/2

(64, 48, 8)

2/3

16-QAM

72

96

3/4

(80, 72, 4)

5/6

64-QAM

96

144

2/3

(108, 96, 6)

3/4

64-QAM

108

144

3/4

(120, 108, 6)

5/6

A. Capone: Reti mobili distribuite

29

Downlink sub-frame (FDD) FCH: Frame Control Header DL-MAP: Downlink MAP UL-MAP: Uplink MAP PDU: Protocol Data Unit

Porzione TDM

Long DL BURST #1 DL BURST #2 Preamble FCH



DL-MAP

UL-MAP …

… DL BURST #m

Preamble

MAC PDU A. Capone: Reti mobili distribuite

Porzione TDMA

MAC PDU

MAC Padd. PDU

MAC Padd. PDU 30

Downlink sub-frame (TDD) FCH: Frame Control Header DL-MAP: Downlink MAP UL-MAP: Uplink MAP PDU: Protocol Data Unit Porzione TDM

Long DL BURST #1 DL BURST #2 Preamble FCH



DL-MAP



UL-MAP …

MAC PDU

MAC PDU A. Capone: Reti mobili distribuite

DL BURST #m

MAC Padd. PDU

MAC Padd. PDU 31

Uplink sub-frame (FDD+TDD)

Porzione TDMA Initial Ranging

Bandwidth Request

(RNG)

(BW-REQ)

UP PHY … UP PHY PDU SS #k PDU SS #n

Preamble MAC PDU

MAC PDU

Padd.

UL BURST

A. Capone: Reti mobili distribuite

32

Accesso alla rete † Il processo di accesso alla rete e di inizializzazione di una SS richiede: 1. ricerca del canale downlink e sincronizzazione con la BS 2. acquisizione dei parametri dei canali downlink e uplink 3. ranging iniziale 4. negoziazione della banda 5. autenticazione e registrazione 6. acquisizione della connettività IP 7. acquisizione della data e del tempo corrente 8. set up delle connessioni definite nel profilo d’utente A. Capone: Reti mobili distribuite

33

Ranging iniziale SS

BS RNG-REQ: Ranging Request 9DIUC (Burst Profile) RNG-REQ RNG-RSP

Uplink sub-frame Initial Ranging

Bandwidth Request

(RNG)

(BW-REQ)

A. Capone: Reti mobili distribuite

UP PHY … PDU SS #k

RNG-RSP: Ranging Response 9Timing advance 9Power adjustment 9Frequency adjustment 9UIUC (Burst Profile) 9DIUC confirm/reject 9Basic e Primary CID

34

Negoziazione della banda BS

SS

SBC-REQ

SBC-RSP: SS Basic Capability Response 9Physical Parameters supported 9Bandwidth Allocation support

A. Capone: Reti mobili distribuite

SBC-RSP

SBC-REQ: SS Basic Capability Request 9Physical Parameters supported (NFFT, ecc.) 9Bandwidth Allocation support (Half-Duplex o FullDuplex)

35

Meccanismo di accesso multiplo

Controllo



DW

UPLINK SS->BS

DOWNLINK BS->SS

SSj

UP

A. Capone: Reti mobili distribuite



SSk

Training sequence

SSj



SSk

Data burst 36

Meccanismo di accesso multiplo Downlink sub-frame

Preamble



FCH DL BURST #1

… DL-MAP







UL-MAP

RNG

BW-REQ



Uplink sub-frame A. Capone: Reti mobili distribuite

37

Meccanismo di accesso multiplo

† Tre principi base „ banda garantita † Voice over IP (VoIP)

„ polling † Video streaming

„ contesa † Web browsing

† applicati in base ai requisiti del servizio richiesto dalla SS „ banda „ ritardo A. Capone: Reti mobili distribuite

38

Service flow † La qualità del servizio (QoS) è ottenuta associando ad un flusso dati un Service Flow † La QoS è descritta da un set di parametri „ „ „ „

throughput ritardo jitter probabilità di perdere un pacchetto

ed associata ad un Service Flow † Il Service Flow è un flusso unidirezionale di pacchetti a cui è associata una QoS A. Capone: Reti mobili distribuite

39

Service Flow Identifier (SFID)

† Service flow è identificato da un Service Flow Identifier (SFID) di 32 bit † Il Convergence sub-layer associa un Service Flow ad un Connection Identifier (CID) di 16 bit † Service Flow attivi e ammesso sono identificati da un CID

A. Capone: Reti mobili distribuite

40

Gestione dei service flow † I Service Flow possono essere configurati a priori o dinamicamente † possono essere creati, modificati ed eliminati † a tale scopo sono definiti dei messaggi di MAC management

A. Capone: Reti mobili distribuite

41

Esempio: scheduling predefiniti in uplink † Esistono quattro meccanismi di scheduling predefiniti per la tratta uplink † sono basati sui concetti di „ banda garantita „ polling „ procedure a contesa

† sono definiti dal protocollo al fine di permettere ai costruttori di ottimizzare le prestazioni del sistema combinando queste tecniche in modo opportuno

A. Capone: Reti mobili distribuite

42

Unsolicited Grant Service (UGS) † Disegnato per supportare Service Flow realtime che generano pacchetti di dimensione costante su una base periodica (p.e. Voice over IP) † una banda costante viene assegnata periodicamente per la trasmissione uplink della SS † Questo meccanismo consente di „ eliminare overhead ed i ritardi introdotti dal meccanismo di richiesta di banda „ garantire una banda costante che soddisfa i requisiti real-time dell’applicazione

A. Capone: Reti mobili distribuite

43

Unsolicited Grant Service (UGS)

† La banda assegnata è composta da „ una componente costante che non varia „ una componente variabile in base alle condizioni di traffico

† La SS non deve utilizzare i meccanismi di richiesta a contesa

A. Capone: Reti mobili distribuite

44

Real-time polling service (rtPS)

† Disegnato per supportare traffico real-time che genera pacchetti di lunghezza variabile su una base periodica (p. e. MPEG video) † offre periodicamente opportunità di trasmettere richieste di banda † Questo meccanismo consente „ soddisfare i requisisti real-time „ la SS richiede la banda di cui ha bisogno A. Capone: Reti mobili distribuite

45

Real-time polling service (rtPS)

† Questo meccanismo „ introduce maggiore overhead dovuto alle richieste „ la banda è quella necessaria e questo incrementa l’efficienza

† La BS deve fornire banda per la trasmissione periodica delle richieste † La SS non deve utilizzare il meccanismo a contesa A. Capone: Reti mobili distribuite

46

Non-real-time polling service (nrtPS)

† Disegnato per supportare traffico non real-time che genera burst di dimensione variabile su una base periodica (p.e. FTP) † offre periodicamente opportunità di trasmettere richieste di banda † La SS può utilizzare la procedura a contesa A. Capone: Reti mobili distribuite

47

Best effort (BE) † L’obbiettivo è fornire ad un traffico best effort un servizio più efficiente possibile † La SS può utilizzare il meccanismo a contesa

A. Capone: Reti mobili distribuite

48

Richiesta delle risorse a contesa † La SS può richiedere banda in uplink adottando il meccanismo a contesa „ un messaggio di PiggyBack per richieste incrementali „ un messaggio di richiesta Bandwidth Request (BR) per richieste aggregate ed a intervalli di tempo regolari † Le richieste sono espresse in byte poiché l’allocazione temporale può variare in base alla modulazione e codifica adottata (adattamento al link) † Le richieste da parte delle SS si riferiscono ad una connessione † I grant generati dalla BS non differenziano le connessioni ma si riferiscono ad una SS

A. Capone: Reti mobili distribuite

49

Finestra di backoff † La scelta dello slot in cui trasmettere il Bandwidth Request (BR) avviene adottando il meccanismo di backoff esponenziale binario troncato † la base della finestra di backoff è 2 † la dimensione iniziale viene decisa dalla BS † La SS estrae un numero casuale all’interno della finestra di backoff † la trasmissione della richiesta viene ritardata di un numero di slot pari al numero estratto † Il Bandwidth Request (BR) viene trasmesso in un intervallo a contesa quindi si può verificare una collisione

A. Capone: Reti mobili distribuite

50

Meccanismo di backoff † Se durante la richiesta non si verificano collisioni Frame n

Frame n-1 …

BW-REQ



BW-REQ

Frame n+1 …

BW-REQ

… meccanismo di backoff esponenziale binario troncato

Xi SSi

Xj SSj SSk

Xk

A. Capone: Reti mobili distribuite

0=1 XXmin=2 0 min=23 =1 XXmax=2 =8 3 max=2 =8 XXi ==random(X ;Xmin) = 4 random(Xmax i max;Xmin) = 4 XXj ==random(X ;Xmin) = 6 random(Xmax j max;Xmin) = 6 XXk ==random(X random(Xmax;X ;Xmin) )==11 k

max

min

51

Risoluzione delle collisioni † Invece, se si verifica una collisione „ la dimensione della finestra di backoff viene incrementata di un fattore 2 „ la dimensione della finestra di backoff non può superare un massimo deciso dalla BS „ il numero di tentativi è limitato dalla BS

A. Capone: Reti mobili distribuite

52

Risoluzione delle collisioni Frame n-1 …

Frame n … DL #1 …

BW-REQ

Frame n+1

BW-REQ

BW-REQ



… DL #1 …

Xi” SSi

Xi

















meccanismo di backoff esponenziale binario troncato 0=1 XXmin=2 0 =2 min 3 =1 =8 XXmax=2 3 max=2 =8 XXi ==random(X random(Xmax;X ;Xmin) )==44 i

max

A. Capone: Reti mobili distribuite

min

0=1 XXmin=2 0 min=24 =1 XXmax=2 =16 4 max=2 =16 XXi”= ”=random(X random(Xmax;X ;Xmin) )==99 i

max

min

53

Meccanismo di richiesta a polling † La BS allocata nel UL-MAP una banda che la SS può utilizzare per trasmettere Bandwidth Request † può essere per connessione o per SS † Se la banda non è sufficiente per attivare un unicast polling verso tutte le SS inattive allora è possibile adottare un multicast polling † anche in questo caso il polling non è un messaggio esplicito ma una banda allocata nel messaggio ULMAP † SS con delle connessioni UGS attive devono porre ad 1 il bit poll-me nel Grant management sub-header per richiedere banda per il polling

A. Capone: Reti mobili distribuite

54

Profilo PHY Banda di frequenza [MHz]

Duplexing

Banda del canale [MHz] 3.5

TDD

Certificazione: fase 1

7 3400 – 3600 (con licenza) 3.5 FDD 7.0 5725 – 5850 (senza licenza)

Banda di frequenza [MHz]

TDD

Duplexing

10

Banda del canale [MHz] 5

TDD

Certificazione: fase 2

5.5 2500 – 2690 (con licenza) 5 FDD 5.5

A. Capone: Reti mobili distribuite

55

Esempio: Profilo 3.5 GHz Parametro

Valore Modulazione

Rate del codice RC

Massimo throughput per simbolo OFDM [Mbps]

Banda di frequenza

3.5 GHz

Banda del canale (BW)

3.5 MHz

BPSK

1/2

4.8

Banda totale

14 MHz

QPSK

1/2

9.6

TFRAME

2, 4, 5 ms

QPSK

3/4

14.4

FFT size (NFFT)

256

16-QAM

1/2

19.2

Data sub-carriers (NSD)

192

16-QAM

3/4

28.8

64-QAM

2/3

38.4

64-QAM

3/4

43.2

Θ=

N SD ⋅ log M ⋅ Rc Tsymbol

A. Capone: Reti mobili distribuite

56

MultiPoint-to-MultiPoint (Mesh)

wireless / wired IEEE 802.16d

A. Capone: Reti mobili distribuite

Backbone Network

57

Topologie Mesh TOPOGIA DISTRIBUITA

Rdetected = 2 hop

Rdecoded

Rdetected

A. Capone: Reti mobili distribuite

TOPOLOGIA CENTRALIZZATA

Rdetected = HRthreshold hop

MESH BS

58

Frame Mesh (TDD) Frame n-2

Control sub-frame Schedule Control sub-frame

Central. Central. Sched. Sched.

Frame n-1

Frame n

Frame n+1

Frame n+2

Data sub-frame

Control sub-frame

Data sub-frame

TDM Portion

Network Control sub-frame

TDM Portion



Distr. Sched.

A. Capone: Reti mobili distribuite

Network Network Entry Config.



Network Config. 59

Modalità Mesh centralizzata Request

Mesh BS

Grant

Mesh SS

Mesh SS Mesh SS Mesh SS

Mesh SS

A. Capone: Reti mobili distribuite

Mesh SS Mesh SS 60

Modalità Mesh distribuita Availabilities

Grant/Ack

Requests

Mesh SS

Mesh BS three way handshake

Mesh SS

Mesh SS Mesh SS A. Capone: Reti mobili distribuite

Mesh SS 61

IEEE 802.16e OFDMA

A. Capone: Reti mobili distribuite

62

Point-to-MultiPoint (PMP) Backbone Network IEEE 802.16-2004 IEEE 802.16e-2005 wireless / wired

A. Capone: Reti mobili distribuite

63

Concetti base † Segment: gruppo di sub-channel OFDMA, ad un segment corrisponde un’istanza del MAC † Pemutation Zone: simboli OFDMA contigui che utilizzano la stessa formula di permutazione „ Partial Usage of Sub-Channels (PUSC): solo una parte dei sottocanali sono allocati al trasmettitore „ Full Usage of Sub-Channels (FUSC): tutti i sottocanali sono allocati al trasmettitore † Slot: struttura tempo-frequenza che dipende dalla permutazione adottata e varia tra downlink e uplink † Data Region: allocazione tempo-frequenza di gruppi contigui di simboli OFDMA e sub-channel.

A. Capone: Reti mobili distribuite

64

Struttura del frame (TDD+FDD) † Dopo il preambolo è sempre presente almeno la modalità PUSC

PUSC: Partial Usage of Sub-Channels Optional PUSC FUSC: Full Usage of Sub-Channels Optional FUSC AMC: Advanced Modulation and Coding Optional AMC TUSC: Advanced Modulation and Coding Optional TUSC A. Capone: Reti mobili distribuite

AMC

Optional FUSC

PUSC

TUSC

UL sub-frame

AMC

Optional FUSC

FUSC

PUSC

opzionale

PUSC

obbligatorio

Preamble

DL sub-frame

Zone Switch IEs

65

Data Region Slot OFDMA Symbol Index K-2

K-1

K

K+1 K+2

Subchannel Number

0 1 2 3 4 5

Data Region A. Capone: Reti mobili distribuite

† La modalità PUSH prevede che uno slot sia costituito da due simboli OFDMA ed un sub-channel † La modulazione e codifica è costante all’interno della Data Region † La BS può trasmettere in downlink verso una SS/MSS oppure un gruppo di SS/MSS 66

Esempio: FFT 512 DL PUSC k

K+1

K+3

K+5

K+7

K+9

K+11

K+13

K+15

K+18

t

K+21

SLOT

0 1 2

4 5 6 7 8

PREAMBLE

Subchannel Logical Number

3

9 10 11 12 13 14

DL sub-frame A. Capone: Reti mobili distribuite

UL sub-frame 67

Struttura del frame † I campi FCH e DL-MAP devono essere trasmessi in ogni frame † Il campo FCH „ „

trasmesso con modulazione QPSK ½ specifica la lunghezza del successivo messaggio DL-MAP

FCH

DL Burst #2 UL Burst #2

DL Burst #5

UL Burst #4

DL Burst #4 DL Burst #6

FCH: Frame Control Header DL-MAP: Downlink MAP UL-MAP: Uplink MAP A. Capone: Reti mobili distribuite

DL-MAP

UL Burst #3

Preamble

DL Burst #3

DL-MAP

Preamble

DL Burst #1

FCH

UL Burst #1

Ranging sub-channel

Data Region 68

Struttura del frame UL Burst #2

DL Burst #5 DL Burst #4 DL Burst #6

UL Burst #4 Ranging sub-channel

UL Burst #2

UL Burst #4

DL Burst #4 DL Burst #6

Ranging sub-channel

DL Burst #5 DL Burst #4 DL Burst #6

A. Capone: Reti mobili distribuite

UL Burst #4

DL-MAP

UL Burst #3

Segment 3

UL Burst #2

FCH

DL-MAP

DL Burst #1

FCH

UL Burst #1 DL Burst #2

Segment 2

DL Burst #5

DL-MAP

UL Burst #3

FCH

DL-MAP

DL Burst #1

FCH

UL Burst #1 DL Burst #2

DL-MAP

UL Burst #3

Segment 1

DL Burst #2

FCH

DL-MAP

DL Burst #1

FCH

UL Burst #1

Ranging sub-channel 69

Architettura di rete NAP

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R2 R2 ASN

R1

BS

R6

ASN Gateway

SSs/MSSs R3 SS: Subscriber Station MSS: Mobile Subscriber Station R: Reference Point NAP: Network Access Provider ASN: Access Service Network NSP: Network Service Provider CSN: Connectivity Service Network ASP: Application Service Provider

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BS

A. Capone: Reti mobili distribuite

R6

CSN

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CSN

ASN Gateway

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ASN

ASP Network OR Internet

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