1

1

PANとモバイルインターネット

森　川　博　之

東京大学新領域創成科学研究科mori@mlab.t.u-tokyo.ac.jp

2003.6.13

2

Wide Area

Local Area

Personal AreaLAN:

collection of secure “hot spot” connections,

providing broadband access to the Internet

PAN:collection of secure

connections between devices in a

“very” local area

BT/Wi-Fiswitching

WAN:everywhere outside of the hotspots, where

wireless Internet connection are

providedWi-Fi/3Gswitching

Bluetooth< 800 Kb/s – < 30 ft, 10 m

Mobile Broadband InternetWi-Fi (IEEE 802.11b)

> 10 Mb/s – > 300 ft, 100 m

GPRS, 3G – UMTS< 400 Kb/s – xx Mls, Kms

2

3

IEEE802.15

l Wireless Personal Area Network (WPAN)

– 1998.3: 802.11 Study Group

– 1999.3: 802.15 WPAN Working Group

– http://grouper.ieee.org/groups/802/15/

RFID WPAN WLANs

Low performance,low cost

High performance,higher cost

4

Bluetooth

l Short-range (10 m) wireless data transmission technology - Personal Area Networks

l Low-cost ($5), modest performance (721 Kbps), low power consumption for data and voice

l Dynamic configurability - Ad hoc networking/roaming

l By 2003, Bluetooth market could be worth $5 billion

l Major industry backing of Bluetooth SIG

– Ericsson, Nokia, IBM, Intel, Toshiba, Motorola, Xilinx, 3Com

Why not use Wireless LANs?- power- cost

3

5

Bluetooth in the Home

PDACell Phone

Cordless PhoneBase Station

xDSLAccess Point

InkjetPrinter

Scanner

Home Audio System

ComputerDigital Camera

MP3Player

6

Bluetooth on the Road

Car Audio System

Pay Phone& Access Point

Hotel Phone& Access Point

Headset

MP3Player

PDACell Phone

Laptop

4

7

Radio

l Low Cost– Single chip radio (minimize external components)– Today’s technology– Time division duplex

l Low Power– Standby modes : Snif, hold, park– Low voltage RF

l Robust Operation– Fast frequency hopping : 1600 hops/sec– Strong interference protection

– Fast ARQ– Robust access code– Forward header correction

8

Piconet

l Inquiry

– To get device address

– No master and slaves at this point

l Paging

– For synchronizationMasterActive SlaveParked SlaveStandby

ConnectedPagingInquiry

Typical

Max

5.12 s

15.36 s

0.64 s

7.38 s

5

9

In the Beginning

l Initially Bluetooth devices only know about themselves

– Everyone passively monitors in Standby mode

– No devices are synchronized

D

A

E

B

C

F

KJ

H G

I

MN

L

PO

Q

10

Inquiry - Discovers What Other Devices within Range -

D

A

10 meters

H MN

L

PO

Q

B

C

F

KJ

G

I

E

H

6

11

D

E

F H G

I

KJ

Paging- Paging creates a Master/Slave link called a Piconet -

C

MN

L

PO

Q

BBAA

10 meters

12

D

Piconet - Successive Pages can attach up to 7 Active Slaves to a Piconet at one time -

H

B

C

MN

L

PO

Q

E

FG

I

J

F

JI

E

G

KK

A

10 meters

7

13

NH

K

F

I

E

A

G

J

C

Scatternets- Bluetooth devices can participate in multiple Piconets

simultaneously creating a topologies called Scatternets -

D

M

OP

Q

B

L

14

Physical Link Types

l Synchronous Connection Oriented (SCO) Link

– Slot reservation at fixed intervals

– No ARQ, No CRC

– FEC (optional)

– 64 Kbps

l Asynchronous Connection-less (ACL) Link

– Polling access method

– ARQ, CRC

– FEC (optional)

– Symmetric data rate 108 - 433 Kbps

– Asymmetric data rate up to 723 Kbps

8

15

Piconet channel

m

s1

s2

625 λsec

f1 f2 f3

1600 hops/sec

f4 f5

FH/TDD

16

SCO/ACL Mixed Link Example

m

s1

S2

SCO SCO SCOACL ACL ACLACL ACL ACL

9

17

Technology Positioning

Performance

Range

3G – UMTS< 400 Kb/sxx Mls/Kms

Considered> 100 Mb/s< 30 ft/10 m

100 Mb/s

10 Mb/s

IEEE 802.11a

Wi-Fi (802.11b)> 10 Mb/s

> 300 ft/100 m

1 Mb/s

10 m 100 m 1,000 m

BT 2.0

Bluetooth< 800 Kb/s

< 30 ft/10 m

Price/Performance/Range Trajectories

$100

$1,000

$10

IEEE 802.15W-1394

18

モバイルインターネット

10

19Forbes Magazine July 7th, 1997

Internet

CellPhone

PC

TV

Radio

Microwave

VCR

Airplane

Telephone

Car

Electricity

Technology Adoption

20

Challenges

l ネットワークレイヤ：Mobile-IP, IP cellular, horizontal/vertical handoff support...

l トランスポートレイヤ：wireless TCP, wireless HTTP,,,,

l QoS: wireless QoS, wireless scheduling

l Resource/Service Discovery: scalable and wide-area service discovery/location protocol, interface

l Disconnected operations: session manager, mobile database,,,,

l OS：EPOC,,,,

l Software radio

l Killer applications!!!

11

21

InternetDial

Hotel

HomeConferences

Meeting Rooms

ISP Accessthrough the

Internet

Cellular or Mobile

Commuting

Seamless Connectivity

LANs andVLANs

22

Network Layer

l 従来のアプリケーションはパケットを固定ネットワークアドレスに送信

l アドレスがネットワーク，さらには位置を表現

l 端末がネットワーク間を移動する際には，「ローカルアドレス」 を動的に変更する処理が必要

l 位置管理，位置トラッキングが必要

12

23

Network Layer Mobility

l Address Translation Agent

– f (home address) (forwarding address)

l Forwarding Agent

– g (forwarding address) (home address)

l Location Directory

24

Sockets

TCP/UDP

Mobile IP

Link Layer

Physical Layer

Internet

HomeAgent

Home Network

Visited Network

ForeignAgent

Mobile Host

Correspondent Host

Route Optimization

Mobile IP

Tunneling

13

25

Mobile IP

FA

FAFA MN

MN 10.31.1.1

10.31.2.1 HAMN

MN

MN realizes it has moved to a network with a New FA

MN Registers withthis New FA

When the MN Moves it Re-Registers via its New FA

Mobility Binding TableMN CoA1.1.1.3 10.31.1.11.1.1.7 　10.31.2.11.1.1.8 10.31.2.11.1.1.5 10.31.3.1

10.31.3.1

1.1.1.7

26

Transport Layer

l エンド－エンドのフロー制御や混雑制御

– 有線リンク：　主として混雑によるパケットロス

– 無線リンク：　主として高誤り率とハンドオフによるパケットロス

l 従来のトランスポートプロトコル（TCP等）は有線ネットワークを想定して設計

– ACKやタイマを用いて検出するパケットロスが混雑の指針

– パケットロスが生じると、ウインドウサイズを小さくして再送タイマをリセットする

FH FHRouter

Loss =/=Congestion

Loss = Congestion

MH

14

27

TCP Congestion Control

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50

Slow StartExponential Growth

Congestion Avoidance PhaseLinear Growth

28

(a)

Wired NetworkError Control

BaseStation

BaseStation

FixedHost

FixedHost

MobileHost

MobileHost

Wireless LinkError Control

BaseStation

BaseStation

FixedHost

FixedHost

MobileHost

MobileHost

Wireless LinkError Control

End-to-End Error Control

End-to-End Error Control

BaseStation

BaseStation

FixedHost

FixedHost

MobileHost

MobileHost

(b)

(c)

Error Control

15

29

チャレンジ（端末）

l Less powerful CPUs

l Less memory (ROM and RAM)

l Restricted power consumption

l Wide range of display sizes

l Different input devices (e.g., a keypad, voice, etc)

Source: AvantGo. Inc

30

チャレンジ（リンク）

l Less bandwidth than traditional networks

l More latency than traditional networks

l Less connection stability than other network technologies

l Less predictable availability

16

31

Issues

l トランスポートプロトコル

– 無線特化型アプローチ

– インターネット調和型アプローチ

l コンテンツ記述言語

– WML : WAP

– HDML: Ezweb

– HTMLサブセット, Compact HTML

– i-mode

– J-スカイウェブ：MML

32

二つのアプローチ

l 無線特化型アプローチ

– 一からプロトコルスタックを構築

– 端末の特質を積極的に利用

– i-mode, J-スカイサービス, EZweb, WAP

l インターネット調和型アプローチ

– インターネットのend2end semanticsをできる限り保持

– 無線の特質をカバーする機構を付加

– “Smarter TCP” over wireless, ex. SNOOP

– “Split-proxy” security

17

33

(a)

Wired NetworkError Control

BaseStation

BaseStation

FixedHost

FixedHost

MobileHost

MobileHost

Wireless LinkError Control

BaseStation

BaseStation

FixedHost

FixedHost

MobileHost

MobileHost

Wireless LinkError Control

End-to-End Error Control

End-to-End Error Control

BaseStation

BaseStation

FixedHost

FixedHost

MobileHost

MobileHost

(b)

(c)

Error Control

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i-modeとは

l 携帯電話からインターネットにアクセスするためのシステム

l 携帯電話 ⇔ ゲートウエイサーバ ⇔ インターネット

– すべてのアクセスはGWサーバを経由

– 携帯電話とGWサーバとの間はパケット網

l 考慮すべき点

– 小さなディスプレイ

– 無線リンクの帯域の狭さ

18

35

ALP(HTTP) HTTP

TLP TCP/IP

M-PGWPPMBS GRIMN IPインターネット

端末 基地局＋パケット処置装置

PDC-P網とiモード・サーバの

相互接続，プロトコル変換

i モード・サーバ

PDC-P網とインターネットの

ゲートウェイ

i-Mode

36

AuthenticationServers

AuthenticationServers

AccountingServers

AccountingServers

WebSites

mobilephones

•QoS router•Load balancerhttp request

User authentication

http request

http responsehttp response

Contents Caching

Access logging

SystemAdmin.Server

Active Web Gateway (AWG) Servers

Active Web Gateway (AWG) Servers

Web Gateway

Internetfirewall

mobilenetwork

19

37

コンテンツ記述言語

l 「コンテンツ」と「プレゼンテーション」の分離

– HTML：表示構造

– XML：意味構造，SGMLの流れ

l 交渉機構を用いた「端末フォーマット」への変換

<p><b>Hiroyuki Morikawa</b><br>The University of Tokyo<br>7-3-1 Hongo Bunkyo-ku Tokyo Japan

<address><name><first-name>Hiroyuki</first-name><last-name>Morikawa<last-name></name><company>The University of Tokyo</company><address>7-3-1 Hongo Bunkyo-ku

Tokyo</address><country>Japan</country></address>

38

Telecom vs. Computing

l 端末として，voice-centric, data-centric のどちらを考えるのか？

l Vertical vs. horizontal market

l Telecom: “closed” network

l Computing: “open” network

l 現時点では，voice-centric メイン

l 現時点では，Telecom が中心

voice-centricdevices

(ex. smartphone)

data-centricdevices

(ex. PDA)

20

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Device Convergence Scenario

Voice-enabled

PDA

Voice-enabled

PDA

Universal Device

???

Universal Device

???

PDA

Smart Phone

Bluetooth

MobilePhoneMobilePhone

40

Famous Words

l "I think there is a world market for maybe five computers.“

- Thomas Watson, chairman of IBM, 1943.

l "640K ought to be enough for anybody.“

- Bill Gates, 1981

l “32 bits should be enough address space for Internet”

- Vint Cerf, 1977

21

41

Assignment8

昨今，Wireless LANが爆発的とも言える勢いで普及しているのに対し，現在のBluetoothの普及率は遠くそれには及んでいない．このようにBluetoothの普及に今ひとつ弾みがつかない理由は何であろうか．考えるところを述べよ．

締め切り：06/20/2003 (Fri) 24:00

提出方法：wireless2003@mlab.t.u-tokyo.ac.jp までメールで送る　と共に，SOIにも提出して下さい