Elég hosszadalmas folyamat, ugye? Gondoljatok csak bele, ez a másodperc töredéke alatt szokott lezajlani - s˝ot, bármennyire is hangzik nevetségesen, a fenti folyamat még mindig egy borzalmasan optimista és leegyszer˝usített folyamat volt: nem foglalkoztunk biztonsággal, hitelesítéssel, titkosítással, gyorsítótárazással, nem vettük számításba azt az esetet sem, ha a kért domain IP címe nem szerepel a DNS szerver cachében! S˝ot, még ha bele is vettük volna a folyamatba, még mindig nem kaptunk volna teljes képet - a modell további bonyolításához ugyanis b˝oven elegend˝o, ha a gépünk esetleg kábel helyett vezetékmentes hálózatra kapcsolódik - vagy klasszikus asztali gép helyett laptopról vagy okostelefonról próbálkozunk az oldalbetöltéssel.
6.12 Vezetékmentes hálózatok
Ideje áttérnünk egy elég méretes alfejezetre, a vezetékes hálózatok témakörére. A méretes kifejezés itt nem túlzás, elég sok elméletr˝ol van szó, amelyek ráadásul egyre jelent˝osebbé és fontosabbá válnak a hálózatok világában - elég csak figyelembe venni, hogy a vezetékmentes
mobilfelhasználók száma milyen mértékben haladja meg a klasszikus, vezetékes telefonel˝ofizet˝oket, illetve a vezetékmentes internethasználó eszközök a vezetékesek számát. A fejezet során két fontos témakörrel fogunk megismerkedni:
• a vezetékmentes infrastruktúrák felépítése és m˝uködése
• a mobilitás problémaköre, azaz az olyan esetek kezelése, amikor egy eszköz a szolgáltatás megszakadása nélkül át kell hogy kerüljön egyik vezetékmentes hálózatól a másikba Els˝o körben ismerkedjünk meg, pontosan milyen elemeket különböztetünk meg a vezetékmentes topológiában betöltött szerepük alapján.
Fontos A vezetékmentes topológia alján helyezkednek el a vezetékmentes állomások -ezek alatt értjük a laptopokat, okostelefonokat, WiFi-re csatlakozó asztali gépeket, amelyek hálózati igényekkel rendelkez˝o alkalmazásokat futtatnak. Ezek kapcsolódnak avezetékmentes vonalonkeresztül abázisállomásokra, amelyek az átjátszó szerepét töltik be a vezetékes és vezetékmentes közegek között.
A vonal többszörös hozzáférés˝u közeg, melynek elérését a “Többszörös hozzáférés˝u protokollok”
fejezetben látott módszerek segítségével szabályozzák. A vezetékmentes közeg jellemzésekor két fontos tulajdonságot emelünk ki: ahatótávolságot, vagyis a bázisállomástól számított maximális távolságot, amíg egy eszköz még csatlakozhat, illetve a Mbps-ben számoltadatátviteli sebességet.
A vezetékmentes hálózatokat definiáló szabványok, mint például az IEEE 802.11 családja jellemz˝oen definiálják ezt a két tulajdonságot is. A résztvev˝ok számától és viszonyuktól függ˝oen két jelent˝osebb módot különböztetünk meg a vezetéknélküli topológiák szervezésére: azinfrastruktúra módban jelen van a fent felsorolt összes elem, az állomások a bázisállomáson keresztül csatlakoznak a hálózatra, az egyes eszközök pedig a mobilitásuk függvényében képesek akár a bázisállomás váltására is. Az ad hoc mód esetén viszont nincs bázisállomás, a vezetékmentes állomások viszonylag kis hatótávolságon belül kapcsolódnak egymáshoz, az elérési útvonalak detektálásáról, feltérképezésér˝ol pedig maguk gondoskodnak. Ha a vezetékmentes állomás hordozható is, el˝ofordulhat, hogy egyik hálózattípusról a másikra vált, vagy bázisállomást kell cserélnie - az utóbbi eseményt nevezzükátadásnak (handoff), magát a problémakört pedig amobilitással kapcsolatos kihívásoknak.
Ennek a két kategóriának további két-két alkategóriáját különböztetjük meg annak függvényében, hogy pontosan hogyan kapcsolódnak a küls˝o hálózathoz. Azegyugrásos infrastruktúrahálózatokban a bázisállomás közvetlenül csatlakozik az internethez, így elegend˝o mindössze egyetlen ugrás bármely állomásról a vezetékmentes közegen keresztül a bázisállomásra, és a keretek máris a nyilvános hálózatra kerülhetnek.Egyugrásos adhochálózatról beszélünk olyan esetben, amikor egy hálózat valamilyen kitüntetett er˝oforrással rendelkezik, és ugyan nem a bázisállomás szerepét tölti be az eszközök között, koordinálja a többi eszközt. Atöbbugrásos infrastruktúraesetén a bázisállomás egy nagyobb hálózat részét képezi, így miután elhagyta a vezetékmentes közeget, a keretnek még több kapcsolón és forgalomirányítón kell átjutnia, mire a nyilvános internetre kerülne. Atöbbugrásos adhochasonló, nincs bázisállomás, ám egy-egy keretnek több relén kell keresztüljutnia, mire a nyilvános hálózatba érne, amennyiben az állomások mobilisak, akkor ezeket szokás emlegetnimobile ad hoc network (MANET), ha ezen belül konkrétan járm˝uvek, akkor pedigvehicular ad hoc network (VANET)néven.
6.12.1 Vezetékmentes vonalak
A vezetékes vonal, mint átviteli közeg számos területen eltér vezetékes megfelel˝ojéhez képest.
• arádiójelek er˝ossége csökkena bázisállomástól távolodva, illetve különböz˝o közegeken áthaladva
• számos forrásból származó zaj szennyezheti a közegen áthaladó jeleket, amelyekinterferenciához vezethetnek - például ugyanaz a frekvenciasáv más eszközök között is meg van osztva
��������
� ������������
6.35: Vezetékmentes hálózati infrastruktúra1
• bizonyos jelek konkrétan visszaver˝odhetnek egyes fizikai közegekr˝ol (ezttöbbutas terjedésnek is nevezzük), mely a célbaérésig akár jelent˝os késleltetés formájában is jelentkezhet
A fenti elemek figyelembevételével definiálunk egy igen jelent˝os attribútumot a csomópontokon, ez lesz asignal-noise ratio (SNR)vagyis a jel-zaj arány.
Fontos Az SNR arány minél nagyobb, annál könnyebb az értékes jeleket megkülönböztetni a vezetékmentes közeget szennyez˝o zajtól, mértékegysége jellemz˝oen a decibel (dB). Az SNR-t általában abit-error ratio (BER), vagyis az adott közegen a bitenkénti hibák arányával szokták összevetni.
Az ilyen összehasonlítások segítségével az alábbi tényeket sikerült megállapítani a két metrika viszonyáról:
• Ha a fizikai közeg adott, vagyis fix tulajdonságokkal rendelkezik, akkor minél jobban növeljük az adó teljesítményét, annál nagyobb lesz az SNR és kisebb a BER érték.
• Ha az SNR érték konstans, akkor az átviteli teljesítmény növelése a BER értéket is növeli.
• Az SNR és a BER értékek is változhatnak mobilitás esetén a fizikai réteggel együtt.
A helyzetet csak tovább komplikálja, hogy a vezetékmentes közeg jellegéb˝ol adódóan olyan ütközésekre is sor kerülhet, amelyekkel az adatkapcsolati réteggel foglalkozó korábbi részekben még nem foglalkoztunk. El˝ofordulhat olyan eset például, amikor valamilyen fizikai közeg olyan mérték˝u jelgyengülést okoz két eszköz között, hogy azok egészen egyszer˝uen nem érzékelik egymás forgalmát (ekkor ezeket rejtett állomásoknaknevezzük), ám egy harmadik eszköz, melynek mindketten keretet próbálnak küldeni igen, és ütközés is alakul ki nála anélkül, hogy azt bármelyik kommunikáló fél észlelné. Hasonló jelenséget érhetünk el akkor is, ha fizikai akadály nincs, pusztán a két potenciális adó jeler˝ossége gyenge,elhalványultannyira, hogy a hatótávolságuk határán elhelyezett harmadik fél még megkapja mindkettejük kereteit, ám ˝ok egymást, és így a közös
�� �� �� ��
���� ����������
��������������
�������������
�������
���
����
����
����
���
����
����
����
6.36: SNR - BER metrikák viszonya1 közeghasználat következtében létrejött ütközéseket már nem.
�
�
�
� � �
������
�� �����
���
������
�� �����
�
� �
6.37: Rejtett állomás és elhalványulás problémák1
Épp ezért van szükség az esetek többségében egy újfajta többszörös hozzáférési megoldásra, amely a korábbi fejezet során futólag említettCDMA, vagyis kód alapú csatornafelosztás lesz.
Fontos CDMA felosztás során a küld˝o egy saját, egyedi kód szekvencia segítségével kódolja a küldeni kívánt adatot, így amennyiben a kódoló szekvenciák nem egyeznek, ugyanabban a közegben, ugyanazon a frekvencián, ugyanabban az id˝opontban küldhetnek úgy, hogy a potenciális ütközés ellenére a keret eredeti feladója és tartalma szinte mindig visszaállítható a kódoló szekvencia ismeretében. Ennek kulcsa, hogy minden egyes küldésre került bitet lekódolnak a kapott kódszekvencia szorzásával (ezt szokás ken˝o szekvenciának is hívni a
használata miatt), mely sokkal gyorsabban váltakozik (a sebességbeli különbség a daráló arány), mint az eredeti bitszekvencia.
Hogy ezt kicsit jobban megértsük, tegyük fel a következ˝ot: tegyük fel, hogy az id˝omérésünk alapja az id˝o, amely alatt az eredeti bitszekvencia egy bitje eléri a CDMA kódolót, vagyis minden egyes bit egy bitnyi résid˝ot igényel. Jelöljük di-vel a bitszekvenciának azt a bitjét, amely az i.
id˝orésben kerül átvitelre. Továbbá képzeljük el, hogy minden id˝orés tovább van tagolva M darab minirésre. A kód ekkor, amit a CDMA használ, M darab értékb˝ol áll majd. A gyakorlatban M egy meglehet˝osen nagy szám, a példánkban azonban legyen M = 8 a követhet˝oség kedvéért, a ken˝o szekvenciánk pedig 11101000. Ekkor az m-edik minislot tartalma a di bit kódolásakor Zi,m
= di*cm. A továbbiakban a matematikai számítások követhet˝osége érdekében a 0-kat (-1)-gyel helyettesítjük, az új ábrázolásban így a következ˝o a ken˝o szekvencia: (1,1,1,-1,1,-1,-1,-1).
Ha egy egyszer˝u környezetben dolgoznánk, a fogadó, miután megkapta a kódolt biteket, az alábbi képlet segítségével már vissza is nyerhetné az eredeti bitet:
di= 1 M∗
∑
M m=1zi,m∗cm (6.5)
A gyakorlatban viszont a fogadás és visszafejtés m˝uveletei olyan környezetben kell, hogy m˝uködjenek, ahol egyszerre több állomás is próbál adni és venni. Így egy adott fogadóhoz mind az N küld˝o bitjeinek összege megérkezik, amelyek ugyanabban az id˝oablakban próbáltak adni:
Z∗i,m=
∑
N s=1Zi,ms (6.6)
Ám, ha sikerült jól megválasztani a ken˝o szekvenciát, és azok eltérnek egymástól, a fogadó még ebb˝ol is képes visszafejteni az eredeti jelet:
di= 1 M∗
∑
M m=1Zi,m∗ ∗cm (6.7)
A CDMA m˝uködésére a [6.38] ábrán láthattok példát.
6.12.2 PAN
Joggal merülhet fel a kérdés, hogy vajon mennyivel kevesebb problémával kellene foglalkoznunk, és mennyivel hatékonyabbak lennének a vezetékmentes hálózataink, ha egészen egyszer˝uen meghatároznánk, hogy viszonylag kicsit fizikai távolságra helyezkedhetnek el egymástól. A Bluetooth alapján definiáltIEEE 802.15-összabvány implementációja, apersonal area network (PAN)világába. Ennek lényege a lefoglalt frekvenciasáv és nagy teljesítmény révén elérhet˝o nagy bitsebesség, melynek ára az alacsony hatótáv - a lefedettség egy legfeljebb 10 méter átmér˝oj˝u területet érint, a kommunikációt ráadásul ad hoc módon kialakított mester-szolga architektúra menedzseli. Ez igazán komplex hálózatok kiépítésére természetesen alkalmatlan, ám kiváló a különböz˝o eszközök és perifériák vezetékmentes csatlakoztatásához és használatához.