atm via rádio (apresentação da tese)

40
Comutador de ATM Terminal de ATM Terminal de ATM Terminal de ATM Terminal móvel de ATM sem fios Terminal móvel de ATM sem fios Terminal móvel de ATM sem fios Estação de base Rede de ATM ATM via rádio Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Trabalho Final de Curso UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

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Page 1: ATM via rádio (apresentação da tese)

Comutador de ATM

Terminal de ATM

Terminal de ATM

Terminal de ATM

Terminal móvel de

ATM sem f ios

Terminal móvel de

ATM sem f ios

Terminal móvel de

ATM sem f ios

Estação de base

Rede de ATM

ATM via rádio

Licenciatura em Engenharia

Informática e de Computadores

Trabalho Final de Curso

UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

Page 2: ATM via rádio (apresentação da tese)

ATM

Espinha dorsal da RDIS de banda larga

Vantagens

Tráfego com requisitos distintos

Qualidade de serviço

Controlo de fluxo

Comutação de células

Page 3: ATM via rádio (apresentação da tese)

CIF

Transporte de células em tramas

Várias células numa trama

Um único cabeçalho para várias células

Utilização de placas de rede convencionais

para ligação a uma rede ATM

Vantagens

Redução de custos na evolução para ATM

Melhoria da eficiência do ATM (menor número

de cabeçalhos)

Cabeçalho de

Ethernet

Tipo de trama=

Tipo CIF(0x8821)

Cabeçalho

de CIF

Célula

1

Célula

2

… Célula

n

Cabeçalho

de CIF

Célula

1

Page 4: ATM via rádio (apresentação da tese)

Redes locais sem fios

Motivações

Equipamento portátil mais pequeno e barato

Aumento da mobilidade dos utilizadores

Instalação de redes facilitada devido à ausência

de cabos

Exemplo

Wavelan

Page 5: ATM via rádio (apresentação da tese)

O t

erm

inal m

ove-s

e

Rede fixa

Célula 1

Célula 2

Redes locais sem fios:

arquitectura celular

Permite o acesso a uma rede fixa

Estações de base

(cobrem células)

Terminais móveis

(deslocam-se entre

as células)

Page 6: ATM via rádio (apresentação da tese)

ATM sem fios

Motivações

Extensão das redes ATM a um ambiente sem

fios

Redes sem fios com tecnologia ATM permitirão

qualidade de serviço

Terminais móveis com acesso às vantagens do

ATM

Encontra-se em normalização (Fórum ATM

+ ETSI)

Page 7: ATM via rádio (apresentação da tese)

ATM via rádio com CIF

Utilização de tecnologias consolidadas

ATM

CIF

WaveLAN

NDIS

Baseado em equipamento disponível no

mercado

Aplicação imediata

Norma de ATM sem fios ainda não está disponível

Page 8: ATM via rádio (apresentação da tese)

NDIS

Norma para

controladores

de rede

Sistema operativo

Windows NT

Page 9: ATM via rádio (apresentação da tese)

NDIS com ATM

NDIS

suporta

ATM

Controladores de rede de ATM

Gestor de chamadas

Cliente de LANE

Controladores de

protocolo

ARP

TCP/IP

IP

sobre

ATM

Transporte

nulo

Plano de dados sem ligação

Plano de

dados

orientado à

ligação

Plano de

dados

orientado à

ligação

CienteGestor de

chamadas

N

D

I

S

Winsock 2

Aplicações

Modo

utilizador

Modo

núcleo

Page 10: ATM via rádio (apresentação da tese)

ATM via rádio: problemas da

abordagem CIF

CIF é insuficiente para um meio partilhado

É necessário provê-lo de funcionalidades

adicionais.

São necessários

Repartição justa da largura de banda disponível

Garantia de qualidade de serviço

Protocolo de associação entre terminais móveis

e estações de base

Page 11: ATM via rádio (apresentação da tese)

ATM via rádio: problemas a

solucionar

Transmissão da informação

Eficiência elevada e Atrasos reduzidos

Garantia da qualidade de serviço

Controlo de ritmo e Escalonamento das

transmissões

Comutação de células na estação de base

Controlo de admissão de chamadas (CAC)

Análise da sinalização

Controlo de congestão

Page 12: ATM via rádio (apresentação da tese)

ATM via rádio: problemas a

solucionar (cont.)

Integridade das mensagens

Células de um circuito virtual não podem ser

confundidas com as de outro

Atenção especial à sinalização e outros

circuitos virtuais pré-definidos

Associação entre os terminais móveis e uma

estação de base

Page 13: ATM via rádio (apresentação da tese)

Componentes do trabalho

Aplicações sobre ATM

nativo

Winsock 2 c/ ATM

NDIS

Controlador

NDIS intermédio

para ATM VIA

RÁDIOControlador NDIS da placa

Wavelan

Placa Wavelan

Controlador de pacotes da

placa Wavelan

Placa Wavelan Placa ATM PC-BAT

NIC_INTF (controlador da

placa PC-BAT)

Programa da

estação de base

ATM VIA RÁDIO

Tramas via rádio

Comutador ATM

ATM

Terminal móvel Estação de base

PC com

Window

s NT

PC com

MS-D

osCIFvia rádio

Page 14: ATM via rádio (apresentação da tese)

Ligação entre comutador e

terminais móveis

Multiplexador virtual

Terminal Móvel

[MAC=A]

Terminal Móvel

[MAC=B]

UNI p/VPI=0

UNI p/VPI=1

Comutação

de células

VPI=0

VPI=1

MAC=A

MAC=B

VPI=0/VCI=5

VPI=0/VCI=48

VPI=0/VCI=48VPI=0/VCI=5

VPI=0/VCI=48

VPI=1/VCI=48 VPI=1/VCI=5

VPI=0/VCI=5

Comutador ATM

[com prefixo=P]

NSAP=P-A

NSAP=P-B

Estação de base

NSAP=P-B

NSAP=P-A

Page 15: ATM via rádio (apresentação da tese)

Ligação entre comutador e

terminais móveis (cont.)

Configuração manual do comutador

Alternativas ao método adoptado

Entidades de SSCOP na base

Metassinalização

Cria VPI=0Cria VPI=1

Cria UNI 0Cria UNI 1

Page 16: ATM via rádio (apresentação da tese)

Protocolo de associação entre

terminais móveis e estação de base

Faróis difundidos periodicamente pela base permitem aos

terminais saberem quando devem registar-se

Faróis permitem difundir informação sobre o nível de

carga do sistema

Terminais pedem para se registar; a estação de base

responde afirmativa ou negativamente

Page 17: ATM via rádio (apresentação da tese)

Dados armazenados pela base

VPI 0

VPI 1

VPI 2

VPI 3

VPI N-1

VPI N

...

Para cada Terminal / VPI

Estado: activo ou inactivo

Endereço MAC do terminal móvel

Temporizadores

Lista de chamadas activas

Page 18: ATM via rádio (apresentação da tese)

Análise da sinalização

A base observa e pode alterar as mensagens trocadas entre

terminais móveis e comutador

...Q.2931

SSCF

SSCOP

AAL5

ATM

Físico

Interpreta Q.2931 e

SSCOP

AAL5

ATM

Físico

...

AAL5

ATM

Rádio

Q.2931

SSCF

SSCOP

AAL5

ATM

Rádio

Q.2931

SSCF

SSCOP

AAL5

ATM

Rádio

Comutador Estação de base

Terminal

móvel 1

Terminal

móvel n

...

Vpi=0, Vci=5 Vpi=0, Vci=5

Page 19: ATM via rádio (apresentação da tese)

Análise da sinalização: desvio da

sinalização para a base

Pretende-se aproveitar a capacidade de segmentação e

reagrupamento AAL5 da placa PC-BAT

Este objectivo

é conseguido

através de um

VCI de

sinalização

diferente do

habitual e de

um PVC

VPI=0/VCI=5/

AAU=0

VPI=0/VCI=5/

AAU=1

VPI=0/VCI=5/

AAU=0

Pa

co

te d

e

sin

aliza

çã

o

Análise da

sinalização

Pa

co

te d

e

sin

aliza

çã

o

VPI=0/VCI=102/

AAU=0

VPI=0/VCI=102/

AAU=0

Reagru-

pament

o AAL5

Segmen-

tação

AAL5

VPI=0/VCI=103/

AAU=0

Entidade de

sinalização para o

VPI=0

PVC entre

VCI=5 e

VCI=102

Do terminal móvel

Comu-

tação de

células

Estação de base

Comutador ATM

Page 20: ATM via rádio (apresentação da tese)

Análise da sinalização (cont.)

Análise das tramas do SSCOP para seleccionar somente as

de dados

Análise dos pacotes de Q.2931

Analisa somente as mensagens e os elementos de informação

relevantes

Pode ter que alterar alguns elementos de informação

Tipos Nomes

Mensagens de

estabelecimento de

ligação

CALL PROCEEDINGCONNECTCONNECT ACKNOWLEDGESETUP

Mensagem de

libertação de

ligação

RELEASERELEASE COMPLETE

Mensagens diversas STATUSSTATUS ENQUIRY

Elemento de

informação

Call reference

ATM user traffic

descriptor

Called party number

AAL parameters

Broadband bearer

capability

Connection identifier

Page 21: ATM via rádio (apresentação da tese)

AAL5

A estação de base não realiza AAL5

Só comuta células

Os terminais móveis realizam AAL5 tanto

na emissão como na recepção de pacotes

Page 22: ATM via rádio (apresentação da tese)

Transmissão da informação via

rádio

Transmissão em tramas de CIF

É preciso escolher um tamanho para cada

trama de modo a:

Maximizar o débito

Manter os atrasos de transmissão dentro dos

limites aceitáveis

Page 23: ATM via rádio (apresentação da tese)

Transmissão da informação via

rádio (cont.)

A eficiência aumenta com o aumento do número

de células por trama

Consequentemente, o débito máximo também aumenta

Eficiência vs. Tamanho das tramas

0%

50%

100%

1 3 5 7 9

11

13

15

17

19

21

23

25

Nº de células por trama

Efi

ciê

nci

a (

%)

Ef.Mín.

Ef.Máx.

Ef.Méd.

Page 24: ATM via rádio (apresentação da tese)

Transmissão da informação via

rádio (cont.)

Os atrasos aumentam com o aumento do número

de células por trama A teoria das filas permite estimar estes atrasos

É necessário um compromisso entre débito e

atraso

Solução: escolher o maior tamanho possível que,

em média, não comprometa os atrasos máximos

tolerados.

Page 25: ATM via rádio (apresentação da tese)

Transmissão da informação via

rádio (cont.)

Escolha dinâmica do tamanho da trama

Para cada trama

enviada é

determinado o

número de células

óptimo

tt N

R

R N

N t t R

N t t R

N t t R

N t t R

total

trama

i

atraso total

atraso total

M atraso M total M

M atraso M total M

( )

max

( )

( )

( )

( )

1

1 1 1

2 2 2

2 1 2 1 2 1

2 2 2

Page 26: ATM via rádio (apresentação da tese)

Filas de transmissão e recepção

Terminal móv el 1

Aplicações

Células

Células

VPI=0

VCI=5

VCI=16

Células

Células

VPI=1

VCI=5

VCI=16

Células do

coumutador

VCI=5

Controlador

Segmentação

em células

Tramas

Células para o coumutador

Esca

lon

am

en

to

Esc

alo

na

ment

o

VCI=5

VCI=16

Tramas

VCI=16

Fila de recepção

de tramas

Fila de recepção de

células

Estação de base

AA

L 5

/

AA

L 0

Pacotes

Pacotes

AA

L 5

/

AA

L 0

Pacotes

Pacotes

Fila de células

Legenda

Page 27: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo do ritmo e do atraso

máximo

É preciso evitar que a qualidade de serviço

possa ser prejudicada pela ocupação

excessiva do meio por alguma fonte

É necessário um mecanismo de regulação

das transmissões

Soluções

Modelação de tráfego

Distribuição de largura de banda

Escalonamento

Page 28: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo do ritmo e do atraso

máximo: modelação de tráfego

Alcatruz furado, para limitar a largura de banda

utilizada por uma fonte num dado instante

Estimativa do ritmo a atribuir a cada chamada

Indicações explíctas de ritmo

autorizado

Troca de mensagens de pedidos

e autorizações de ritmo entre a

base e os terminais L

I

Não pode enviar

esta

Vazamento

Page 29: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo do ritmo e do atraso máximo:

Distribuição de largura de banda

A largura de banda é distribuída em função

da sua disponibilidade e em função das

classes de tráfego de cada chamada

CBR

rt-VBR e nrt-VBR

UBR / ABR

Page 30: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo do ritmo e do atraso máximo:

Distribuição de largura de banda (UBR/ABR)

Exemplo

Rmédio

Rubr

A B C D

B pede um aumento de

ritmo

Rmédio

Rubr

A B C D

AntesDepois

C e D descem

para B subir

Page 31: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo do ritmo e do atraso máximo:

Escalonamento

As tramas são enviadas num dos seguintes instantes

quando chega uma célula, que perfaz o número óptimo

de células por trama e existem créditos para enviar uma

tal trama

se não houver créditos, a transmissão é adiada para o instante

em que haverá créditos suficientes

quando chegam créditos para enviar uma trama cheia

pendente

quando, não estando uma trama cheia, uma célula não

pode esperar mais, sem que fique em risco o atraso

máximo permitido

são enviadas as células que os créditos permitirem

Page 32: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo de admissão de chamadas

É necessário verificar

Que existe largura de banda disponível

Que a nova chamada não prejudicará as já

existentes

Cada classe de tráfego é tratada de forma

diferente

CBR

VBR

UBR

Page 33: ATM via rádio (apresentação da tese)

Controlo de congestão

Tratamento de sobrecargas anormais do sistema,

tentando minimizar as perturbações na qualidade

de serviço

PPD (descarte parcial de pacotes)

EPD (descarte antecipado de pacotes)

Para CBR e VBR, tratamento especial com dois

graus de gravidade

1- Aumento do ritmo atribuído para tentar enviar

células atrasadas

2- Descarte de células irremediavelmente atrasadas

Page 34: ATM via rádio (apresentação da tese)

Resultados

O sistema foi

desenvolvido e testado

com 3 placas rádio, uma

placa PC-BAT e um

comutador ATM

A indisponibilidade de 2

componentes da pilha de

protocolos obrigou a

limitações sobre os

testes

VC

I=60

VCI=61

As células que chegam em

determinados canais pré-definidos,

são devolvidas sem nunca chegarem

aos níveis superiores

Ap

lica

çõ

es

Contr

ola

dor

Terminal MóvelEstação de base

Comutador

VCI=60

VC

I=61

Terminal Fixo Terminal Fixo

Page 35: ATM via rádio (apresentação da tese)

Resultados: O.191

Realizou-se um programa para medições de

desempenho, que cumpre a norma O.191

CER

CLR

CMR

SECBR

CDV

SN

4 octetos

TS

4 octetos

UN

37 octetos

TCPT

1 octeto

CRC-16

2 octetos

Page 36: ATM via rádio (apresentação da tese)

Resultados: CDV

CTD mínimo foi estimado em 10 ms

CDV foi estimado em 50 ms

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

De

ns

idad

e d

e p

rob

ab

ilid

ad

e

Tempo (ms)

CTD

Page 37: ATM via rádio (apresentação da tese)

Resultados: SECBR

O controlador de pacotes da placa de rádio revelou-se

ineficaz para ritmos elevados

Provoca erros estranhos

Para minorar estes erros são necessários atrasos explíctos

no programa da base

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

128 192 256 320 384 448 512 576 640

Perc

en

tag

em

Ritmo (KBit/s)

SECBR (provocado pelo controlador da placa de rádio)

SECBR SECBR (sem atrasar)

Page 38: ATM via rádio (apresentação da tese)

Resultados: Aplicações

Experimentaram-se várias aplicações,

utilizando TCP/IP sobre ATM

Ritmo máximo

observado

Tempo de ida e

volta médio (RTT)

FTP e HTTP 250 Kbit/s -

Videoconferência 600 Kbit/s (num

só sentido)

147 ms

0

50

100

150

200

250

32 64 128 256 512 1024

Tem

po

(m

s)

Tamanho dos dados (octetos)

PING - Tempos médios de resposta

c/atraso s/atraso Tendência

0

100

200

300

400

500

600

700

0

50

100

150

200

250

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43

Rit

mo

(Kb

it/s

)

RT

T (

ms)

Tempo (s)

Videoconferência: RTT e Ritmo

RTT

Ritmo

Page 39: ATM via rádio (apresentação da tese)

Conclusão

O protótipo mostrou um desempenho aceitável

Trabalho futuro

Teste com a pilha de protocolos completa

Transferência de chamadas e mobilidade

Identificação e autenticação de terminais

Segurança

Encaminhamento através de terminais móveis, de forma

a proporcionar acesso a outros mais distantes

Page 40: ATM via rádio (apresentação da tese)

Fim

FIM