ATM via rádio (apresentação da tese)

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This paper presents a system that provides wireless access to an ATM network, using wireless LAN cards available in the market, combining the CIF technology with some extensions that make it able to operate in a wireless
environment. After an introduction to the problems concerning the use of CIF with wireless LANs, an overview
of the proposed system architecture is given. Afterwards,
some of the adopted mechanisms concerning quality of
service are described, namely, dynamic frame length
adjustment and rate control.

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ATM via rádio (apresentação da tese)

  1. 1. 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
  2. 2. ATM  Espinha dorsal da RDIS de banda larga  Vantagens  Tráfego com requisitos distintos  Qualidade de serviço  Controlo de fluxo  Comutação de células
  3. 3. 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 …
  4. 4. 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
  5. 5. Oterminalmove-se 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)
  6. 6. 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)
  7. 7. 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
  8. 8. NDIS  Norma para controladores de rede  Sistema operativo Windows NT
  9. 9. 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 Ciente Gestor de chamadas N D I S Winsock 2 Aplicações Modo utilizador Modo núcleo
  10. 10. 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
  11. 11. 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
  12. 12. 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
  13. 13. Componentes do trabalho Aplicações sobre ATM nativo Winsock2 c/ ATM NDIS Controlador NDIS intermédio para ATM VIA RÁDIO Controlador 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 W indows NT PC com M S-Dos CIFvia rádio
  14. 14. 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=48 VPI=0/VCI=5 VPI=0/VCI=48 VPI=1/VCI=48 VPI=1/VCI=5 VPI=0/VCI=5 Comutador ATM [comprefixo=P] NSAP=P-A NSAP=P-B Estaçãodebase NSAP=P-B NSAP=P-A
  15. 15. Ligação entre comutador e terminais móveis (cont.)  Configuração manual do comutador  Alternativas ao método adoptado  Entidades de SSCOP na base  Metassinalização Cria VPI=0 Cria VPI=1 Cria UNI 0 Cria UNI 1
  16. 16. 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
  17. 17. 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
  18. 18. 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
  19. 19. 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 Pacotede sinalização Análise da sinalização Pacotede sinalização 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
  20. 20. 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 PROCEEDING CONNECT CONNECT ACKNOWLEDGE SETUP Mensagem de libertação de ligação RELEASE RELEASE COMPLETE Mensagens diversas STATUS STATUS ENQUIRY Elemento de informação Call reference ATM user traffic descriptor Called party number AAL parameters Broadband bearer capability Connection identifier
  21. 21. AAL5  A estação de base não realiza AAL5  Só comuta células  Os terminais móveis realizam AAL5 tanto na emissão como na recepção de pacotes
  22. 22. 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
  23. 23. 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 Eficiência(%) Ef.Mín. Ef.Máx. Ef.Méd.
  24. 24. 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.
  25. 25. Transmissão da informação via rádio (cont.)  Escolha dinâmica do tamanho da trama  Para cada trama enviada é determinado o número de células óptimo   t t 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 
  26. 26. 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 Escalonamento Escalonament o VCI=5 VCI=16 Tramas VCI=16 Fila de recepção de tramas Fila de recepção de células Estação de base AAL5/ AAL0 Pacotes Pacotes AAL5/ AAL0 Pacotes Pacotes Fila de células Legenda
  27. 27. 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
  28. 28. 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
  29. 29. 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
  30. 30. 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 Antes Depois C e D descem para B subir
  31. 31. 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
  32. 32. 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
  33. 33. 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
  34. 34. 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 VCI=60 VCI=61 As células que chegam em determinados canais pré-definidos, são devolvidas sem nunca chegarem aos níveis superiores Aplicações Controlador Terminal Móvel Estação de base Comutador VCI=60 VCI=61 Terminal Fixo Terminal Fixo
  35. 35. 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
  36. 36. 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 Densidadedeprobabilidade Tempo (ms) CTD
  37. 37. 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 Percentagem Ritmo (KBit/s) SECBR (provocado pelo controlador da placa de rádio) SECBR SECBR (sem atrasar)
  38. 38. 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 Tempo(ms) 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 Ritmo(Kbit/s) RTT(ms) Tempo (s) Videoconferência: RTT e Ritmo RTT Ritmo
  39. 39. 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
  40. 40. Fim FIM

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