CPE 426 Computer Networks
Week 16: Last
Chapter 16: Wireless NW
Technologies
TOPICS

Chapter 16 Wireless NW Technologies





Introduction
ISM
PAN
ISM Bands
WLAN





Standard
Architecture
Contension
Wireless MAN and WiMax
Wireless WAN



Cellular Technologies
VSAT
GPS
16.2 Wireless Networks
Taxonomy



ข้อกำหนดกำรใชง้ ำนของร ัฐเป็น
ต ัวกำหนดระยะทำงและควำมถีท
่ ใี่ ช ้
่ งควำมถีท
่ ท
ชว
่ ใี่ ชม
ี งมี
ั้ License และไม่ม ี
License
ด ังนน
ั้ Wireless Technologies มีตงแต่
ั้
PAN จนถึง WAN
16.2 Wireless Networks
Taxonomy
16.3 Personal Area Network

ั้ สำหร ับอุปกรณ์ทด
ื่ สำรระยะสนๆ
เป็นกำรสอ
ี่ แ
ู ลและเป็น
เจ้ำของโดยคนๆเดียว



Handset กับ Telephone
Mouse และ Keyboard
แบ่งออกได้เป็น 3 ชนิด
16.4 ISM Wireless Bands Used
By LANs and PANs

่ งควำมถีค
ชว
่ ลืน
่ แม่เหล็ กไฟฟ้ำทีก
่ ันไว้สำหร ับ
ใชใ้ น Industrial, Scientific และ Medical
Group ซงึ่ กำรใชง้ ำนไม่ตอ
้ งขอ License ได้
ถูกนำมำใชใ้ น WLAN และ PAN
16.5 Wireless LAN Technologies
และ WIFI


จ ัดอยูใ่ นมำตรฐำนของ IEEE 802.11
ปี 1999 กลุม
่ ผูผ
้ ลิตอุปกรณ์ Wireless
ได้รวมต ัวก ันจ ัดตงั้ Wi-Fi Alliance


Non-Profit Organization สำหรับทดสอบและ
้
รับรองอุปกรณ์ Wireless ทีใ่ ชมำตรฐำนของ
IEEE 802.11
มำตรฐำนทีร่ ับรองโดย Wi-Fi Alliance แสดงดัง
ตำรำง
16.5 Wireless LAN Technologies
และ WIFI
16.6 Spread Spectrum
Techniques

้ ำรสอ
ื่ สำรแบบ Spread Spectrum ทำ
กำรใชก
ให้




เพิม
่ Performance ของระบบ
ื่ สำรมีควำมคงทนต่อ Noise
กำรสอ
ื่ สำรจะกว ้ำงขึน
แต่ Bandwidth ของกำรสอ
้
มี 3 Technologies



DSSS : สง่ ข ้อมูลแบบ Digital โดยกำรคูณ(Exclusive
OR) Code ทีส
่ ง่ กับ Pseudorandom Sequence
้
FHSS: ใชในระบบ
Analog โดยกำรสง่ ข ้อมูลผ่ำนคลืน
่ ทีม
่ ี
ควำมถีท
่ เี่ ปลีย
่ นไปตลอดเวลำ
้ น
OFDM: เป็ นกำรทำ FDM แบบหนึง่ แต่ใชคลื
่ ในแต่ละ
่ งมีกำร
แถบควำมถีท
่ เี่ ป็ น Orthogonal กัน ทำให ้แต่ละชอ
รบกวนกันน ้อยลง
16.6 Spread Spectrum
Techniques
16.7 Wireless LAN Standard อืน
่ ๆ
(IEEE 802.11-2007)
16.8 Wireless LAN Architecture


ประกอบด้วย: Access Point (Base Station),
Interconnection Mechanism (Switch or
Router) และ Nodes (Wireless Station)
ื่ มต่อได้สองแบบ
มีกำรเชอ


ื่ มต่อกันเองโดยไม่ผำ่ น
Ad Hoc: Wireless Host เชอ
Base Station
ื่ มต่อกันโดยผ่ำน Base
Infrastructure: ทุกๆ Host เชอ
Station

ื่ มต่อของแต่ละ Access
Set ของ Computer ทีอ
่ ยูใ่ นระยะเชอ
Point เรียก BSS (Basic Service Set)
16.8 Wireless LAN Architecture
16.9 Overlap, Association and
802.11 Frame Format



ถ้ำ Access Point อยูห
่ ำ
่ งก ันเกินไป จะ
ทำให้เกิด Dead Zone
ิ ก ันเกินจะ
แต่ถำ้ Access Point อยูช
่ ด
เกิดกำร Overlap ซงึ่ Host สำมำรถ
ื่ มต่อได้มำกกว่ำหนึง่ Access Point
เชอ
ด ังนนแต่
ั้
ละ Host จะต้องมีกำรทำ
Association ก ับเพียงหนึง่ Access
Point

Frame ของ 802.11 จะประกอบไปด ้วย MAC
Address ของทัง้ Access Point และ Router
16.9 Overlap, Association and
802.11 Frame Format
16.10 Coordination ระหว่ำง
Access Point

ื่ สำรระหว่ำงก ัน เพือ
Access Point มีกำรสอ
่ ให้
ื่ มต่อไม่มก
กำรเชอ
ี ำรหยุดชะง ัก คล้ำยก ับใน
ั มอ
ั อ
้ น
ระบบโทรศพท์
ื ถือ ซงึ่ ระบบมีควำมซบซ

้ ย
Handoff (Hand Over) กรณีทผ
ี่ ู ้ใชเปลี
่ นตำแหน่ง และ
เปลีย
่ นกำร Association ไปยัง AP ตัวอืน
่


ปกติจะตรวจจำก Signal Strength ทีไ่ ด ้รับจำกผู ้ใช ้
ใน AP ทีม
่ รี ำคำถูก จะไม่ใช ้ Mechanism ของ
Access Point แต่จะใช ้ Computer ของผูใ้ ช ้
ั
ทำหน้ำทีต
่ รวจจ ับสญญำณ
และทำกำร
ั
Association ก ับ Access Point ทีม
่ ส
ี ญญำณ
แรงทีส
่ ด
ุ
16.11 Contention-Free Access


PCF (Point Coordination Function) โดยที่
AP จะควบคุมสถำนนีใน BSS เพือ
่ ทีจ
่ ะแน่ใจว่ำ
้ ง
ั
่ สญญำณไม่
่
แต่ละผูใ้ ชส
รบกวนก ัน เชน
้ นละควำมถี่ วิธน
กำหนดให้ใชค
ี ไี้ ม่ได้ใชใ้ น
WLAN
DCF (Distributed Coordinated Function)
โดยทีแ
่ ต่ละสถำนีใน BSS จะใช ้ Random
Access Protocol ในกรณีน ี้ 802.11 จะใช ้
่
CSMA/CA แทน ซงึ่ แต่ละสถำนีจะต้องสง
RTS(Request to Send) และต้องได้ร ับ CTS
่ ได้
(Clear to Send) ก่อน จึงจะสง
16.11 Contention-Free Access

CSMA/CA Timing ในมำตรฐำน 802.11







Host ทีจ
่ ะสง่ ต ้องรอให ้ Channel ว่ำงเป็ นเวลำ DIFS =
Distributed Inter-Frame Space = 50 Microsecond (=SIFS+2
Slot Time)
Host ทีส
่ ง่ เมือ
่ รอแล ้วจะสง่ RTS
AP(หรือ Host อีกฝั่ ง) เมือ
่ ได ้รับ RTS จะรอเป็ นเวลำเท่ำกับ SIFS
(Short Inter-Frame Space = 10 us) จึง่ สง่ CTS กลับไป
Host เมือ
่ ได ้รับ CTS จะต ้องรออีกเท่ำกับ SIFS จึงสำมำรถสง่ ข ้อมูล
ได ้เท่ำกับหนึง่ Slot Time
หนึง่ Slot Time = 20 us
เมือ
่ อีกฝั่ งได ้รับข ้อมูลครบ จะรอเท่ำกับ SIFS จึงสง่ Ack
ถ ้ำไม่ได ้รับ Ack ในเวลำทีก
่ ำหนด จะมีกำร Backoff และ
Retransmission
16.11 Contention-Free Access
16.12 Wireless MAN
Technologies and WiMax


มีมำตรฐำนเดียวทีม
่ โี อกำสทีจ
่ ะถูกนำมำใชง้ ำน คือ
IEEE 802.16 หรือทีเ่ รียก WiMax โดยมีกลุม
่ บริษ ัท
รวมต ัวก ันจ ัดตงั้ WiMax Forum เพือ
่ สน ับสนุน
เทคโนโลยีน ี้
้ มำ
มีสอง Version ทีไ่ ด้ร ับกำรพ ัฒนำขึน



ื่ มกับ Access
Fixed WiMax, IEEE 802.16-2004 กำหนดกำรเชอ
่ กำรเชอ
ื่ มกับผู ้ให ้บริกำรกับ
Point เดียวและไม่มก
ี ำร Handoff เชน
อุปกรณ์ทม
ี่ ต
ี ำแหน่งทีแ
่ น่นอน
Mobile WiMax, IEEE 802.16e-2005 มีกำร Handoff ระหว่ำง AP
และสำมำรถนำมำใชกั้ บ Laptop หรือ Cell Phone ได ้
่ นของ Last
WiMax สำมำรถนำมำใชเ้ พือ
่ ขยำยในสว
้ ำหร ับ
่ นของ Backhaul หรือใชส
Mile หรือใชใ้ นสว
ื่ มต่อแต่ละ Site เข้ำด้วยก ัน
เชอ
16.12 Wireless MAN
Technologies and WiMax
16.12 Wireless MAN
Technologies and WiMax

The key features of WiMAX can be
summarized as follows:






Uses licensed spectrum (i.e., offered by carriers)
Each cell can cover a radius of 3 to 10 Km
Uses scalable orthogonal FDM
Guarantees quality of services (for voice or video)
Can transport 70 Mbps in each direction at short
distances
Provides 10 Mbps over a long distance (10 Km)
16.13 PAN Technologies and
Standard

IEEE 802.15
16.13 PAN Technologies and
Standard

Bluetooth


The IEEE 802.15.1a standard evolved after vendors created
Bluetooth technology as a short-distance wireless connection
technology
The characteristics of Bluetooth technology
are:






Wireless replacement for cables (e.g., headphones or
mouse)
Uses 2.4 GHz frequency band
Short distance (up to 5 meters, with variations that extend
the range to 10 or 50 meters)
Device is master or slave
Master grants permission to slave
Data rate is up to 721 Kbps
16.13 PAN Technologies and
Standard

Ultra Wideband (UWB)

The idea behind UWB communication is that
spreading data across many frequencies


requires less power to reach the same distance
The key characteristics of UWB are:






Uses wide spectrum of frequencies
Consumes very low power
Short distance (2 to 10 meters)
Signal permeates obstacles such as walls
Data rate of 110 at 10 meters, and up to 500
Mbps at 2 meters
IEEE unable to resolve disputes and form a single
standard
16.13 PAN Technologies and
Standard

Zigbee

The Zigbee standard (802.15.4) arose from a desire to
standardize wireless remote control technology


Because remote control units only send short command


especially for industrial equipment
high data rates are not required
The chief characteristics of Zigbee are:






Wireless standard for remote control, not data
Target is industry as well as home automation
Three frequency bands used (868 MHz, 915 MHz, and 2.4
GHz)
Data rate of 20, 40, or 250 Kbps, depending on frequency
band
Low power consumption
Three levels of security being defined
16.14 Short Distance
Communication Technologies อืน
่

ทีส
่ ำค ัญมี InfraRED และ RFID

InfraRED

InfraRED technology is often used in remote controls



and may be used as a cable replacement (e.g., for a wireless mouse)
The Infrared Data Association (IrDA) has produced a set of
standards that are widely accepted
The chief characteristics of the IrDA technology are:






Family of standards for various speeds and purposes
Practical systems have range of one to several meters
Directional transmission with a cone covering 30 Degree
Data rates between 2.4 Kbps (control) and 16 Mbps (data)
Generally low power consumption with very-low power versions
Signal may reflect from surfaces

but cannot penetrate solid objects
16.14 Short Distance
Communication Technologies อืน
่

Radio Frequency Identification (RFID)


RFID technology uses an interesting form of wireless
communication to create a mechanism
A small tag contains identification information


that a receiver can “pull” from the tag
Some features of RFID:



Over 140 RFID standards exist for a variety of applications
Passive RFIDs draw power from the signal sent by the reader
Active RFIDs contain a battery


Limited distance



which may last up to 10 years
although active RFIDs extend farther than passive
Can use frequencies from less than 100 MHz to 868-954 MHz
Used for

inventory control, sensors, passports, and other applications
16.15 Wireless WAN
Technologies

แบ่งเป็น


Cellular Communication System
Satellite Communication System
16.15.1 Cellular Communication
System




ดงเดิ
ั้ มออกแบบมำให้นำ Voice สำหร ับ Mobile
Phone
ื่ มก ับ PTN
ประกอบด้วย Cell ทีเ่ ชอ
ปัจจุบ ันสำมำรถนำมำใชใ้ นกำรให้บริกำร Data ด้วย
Architecture: แต่ละ Cell ประกอบด้วย




Tower
ื่ มต่อกับ Mobile Switching Center ทำ
กลุม
่ ของ Tower จะเชอ
้
หน ้ำทีต
่ ด
ิ ตำมตำแหน่งผู ้ใชและจั
ดกำร Handoff ระหว่ำง Cell
Tower จะใช ้ Omnidirectional Antenna ทีม
่ รี ัศมี
เป็นวงกลม (ในทำงทฤษฎี)
Cell หลำยๆ Cell จะประกอบก ันเป็นรูปรวงผึง้ หก
เหลีย
่ ม

้
้
ในทีช
่ ม
ุ ชนอำจใชขนำด
Cell ทีเ่ ล็กลง เพรำะจำนวนผู ้ใชหนำแน่
น
16.15.1 Cellular Communication
System
16.16 Cell Clusters and
Frequency Reuse



้ วำมถีค
กำหนดให้ Cell ทีอ
่ ยูใ่ กล้ก ันใชค
่ นละ
ควำมถี่ แต่ละ Cell จ ับกลุม
่ เป็น Cluster แต่ละ
้ ที่
Cluster สำมำรถประกอบก ันได้จนเต็มพืน
ควำมถีส
่ ำมำรถนำมำใชใ้ หม่ได้สำหร ับ Cell ที่
อยูห
่ ำ่ งก ัน
้ วำมถีต
7 cell cluster ทีใ่ ชค
่ ำ่ งก ัน นิยมมำก
ทีส
่ ด
ุ
16.16 Cell Clusters and
Frequency Reuse
16.17 Generations of Cellular
Technologies


1G, 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 4G
1G


Began in the late 1970s, and extended through
the 1980s
Originally called cellular mobile radio telephones


used analog signals to carry voice
2G and 2.5G


Began in the early 1990s and continues to be used
The main distinction between 1G and 2G arises


because 2G uses digital signals to carry voice
The label 2.5G is used for systems that extend a
2G system

to include some 3G features
16.17 Generations of Cellular
Technologies


1G, 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 4G
3G and 3.5G





Began in the 2000s
Focuses on the addition of higher-speed data services
A 3G system offers download rates of 400 Kbps to 2 Mbps,
and is intended to support applications such as web
browsing and photo sharing
3G allows a single telephone to roam across the world
4G


Began around 2008
Focuses on support for real-time multimedia


such as a television program or high-speed video
They include multiple connection technologies


such as Wi-Fi and satellite
at any time, the phone automatically chooses the best
connection technology available
16.17 Generations of Cellular
Technologies

A variety of standards have evolved
(many attempted to choose an approach and create a
standard)
 The European Conference of Postal and
Telecommunications Administrators chose a TDMA
technology known as Global System for Mobile
Communications (GSM)
 In the United States, each carrier created a network with its
own technology
 Motorola invented a TDMA system known as iDEN
 Most US and Asian carriers adopted a CDMA approach that
was standardized as IS-95A
 Japan created a TDMA technology known as PDC

Figure 16.18 summarizes major 2G standards

and some of the 2.5G standards that evolved
16.17 Generations of Cellular
Technologies
16.17 Generations of Cellular
Technologies

The standards listed in the figure each provide
a basic communication mechanism over which
many services can operate





General Packet Radio Service (GPRS) for Internet access
Short Message Service (SMS) is used for texting
Wireless Application Service (WAP) is used to access
Internet
Multimedia Messaging service (MMS) is used for multimedia
GPRS technologies have been further
developed that use more sophisticated
modulation and multiplexing techniques (to
increase data rates)

Enhanced Data rate for GSM Evolution (EDGE)


known as Enchanced GPRS (EGPRS), offers higher transfer
rates
EDGE Evolution provides higher rates
16.17 Generations of Cellular
Technologies

Service providers pushed to make technologies
interoperable




the industry consolidated many of the approaches from 2G
into a few key standards
IS-136, PDC, IS-95A, and EDGE all influenced the design of
UMTS, a technology that uses Wideband CDMA (WCDMA)
IS-95B was extended to produce CDMA 2000, as in Figure
16.19
Several standards evolved for 3G data services

EVDO (Evolution Data Optimized or Evolution Data Only)
and EVDV emerged at approximately the same time


They combine CDMA and FDM to increase the overall
performance
High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) offers
download speeds of 14 Mbps
16.17 Generations of Cellular
Technologies
16.18 VSAT Satellite Technology




ั
้ ำน
ปกติกำรร ับสญญำณจำกดำวเที
ยมจะใชจ
ขนำดใหญ่ หลำยเมตร ไม่เหมำะก ับใชใ้ น
Commercial หรือตำมบ้ำน
VSAT (Very Small Aperture Terminal)
้ ำนขนำด
ื่ สำรดำวเทียมทีใ่ ชจ
เป็นเทคโนโลยีสอ
เล็ก รำคำไม่แพง
ื่ สำร
หลำยบริษ ัทนำเทคโนโลยีนม
ี้ ำใชใ้ นกำรสอ
ื่ มต่อภำยในบริษ ัท
เชอ
้ ว
่ งควำมถี่ 3 ชว
่ ง แต่ละชว
่ งมี
VSAT ใชช
คุณสมบ ัติตอ
่ ฝนและอำกำศต่ำงก ัน
16.18 VSAT Satellite Technology
16.19 GPS Satellites

้ ำ
Global Positioning System ใชห
ตำแหน่ง และเวลำได้อย่ำงเทีย
่ งตรง

Accuracy between 2-20 meters




(military ones have higher accuracy)
24 total satellites orbit the earth
Satellites arranged in six (6) orbital planes
Provides time synchronization

that can be used in some communications
HW 10(Last): Chapter 16


Download
่ ว ันจ ันทร์หน้ำก่อนเทีย
่ ล่องทีห
สง
่ ง ใสก
่ อ
้ ง
สำขำ 5-310
End of Chapter Week 16


Course Ends
Final Exam




Up to Week 16
เน ้นทีห
่ ลัง Midterm ก่อน MT จะตัดทิง้ ยกเว ้น
เรือ
่ ง IP Address
No Calculator
คะแนนเก็บ Final 50% (6 ข ้อ 60 คะแนน)


ั ้ ๆ และคำนวณ
เป็ นกำรอธิบำยอย่ำงสน
IP Subnet จะเป็ นข ้อใหญ่ และยำกกว่ำ Midterm
End of Chapter Week 16







Final Exam List
1. IP Address and Subnetting
2. TCP/UDP
3. Routing General
4. IP Routing
5. QoS and IP Telephony
6. NW Security and WLAN