Wireless (Kablosuz) Ağlar

... konulu sunumlar: "Wireless (Kablosuz) Ağlar"— Sunum transkripti:

1 Wireless (Kablosuz) Ağlar
Kablosuz ortamlar; Radyo dalgaları (HomeRF), Kızılötesi ışınları(Infrared Data Association-IrDA) Mikro dalgaları (BlueTooth) kullanarak veri iletirler ve alırlar. Bu ortamda fiziksel bağlantıya ihtiyaç yoktur. Kablolu network sisteminin uygun olmadığı (kablolamanın zor olduğu yerlerde) durumlarda bu ortamı kullanmak iyi bir seçenektir.

2 Örnek kablosuz ağlar

3 Kablosuz İletişim Yöntemleri
Kızılötesi (IrDA) Mikrodalga İstasyonlar Bluetooth Radyo yayını Uydu Uplink/Downlink

4 KABLOSUZ BİLGİSAYAR AĞLARI
Radyo frekans (RF) teknolojisini kullanan kablosuz bilgisayar ağları, fiziksel bir bağlantı olmaksızın bir noktadan başka bir noktaya haberleşirler. Kullanıcıların ağa bağlı iken hareket edebildiği ve kapsama alanı içerisinde ağ kaynaklarına ulaşabildiği bu teknolojinin uygulama alanları olarak hastaneler, üniversiteler, kiralık araba kontrolü, mağazalardaki satış terminalleri gibi daha bir çok örnek sıralanabilir. Kablosuz iletişim iki şekilde gerçekleştirilebilir: Tek yönlü: Anten, odaklanmış tek bir elektromanyetik ışın yayar. Bundan dolayı gönderici ve alıcı antenler, çok dikkatlice hizalanırlar. Çok yönlü: Elektromanyetik enerji tüm yönlere dağılır ve bir çok anten tarafından algılanır. Kablosuz bilgisayar ağ standartları, ortam erişim kontrol (Medium Access Control, MAC) prosedürü ve fiziksel katmanın üç tipinden birisini kullanır. Bu fiziksel katmanların ikisi radyo frekans, diğeri ise infrared’tir. Bütün fiziksel katmanlar, 2,4 GHz ve 5,2 GHz bandında 1 Mbit/s, 2 Mbit/s, 5,5 Mbit/s, 11 Mbit/s, 54 Mbit/s data hızlarını destekler.

5 Infrared Infrared fiziksel katmanı (Physical Layer, PHY), basit ve ucuzdur. Fiber optik hatlar üzerinde aynı işaret frekanslarını kullanır. Infrared sistemler yalnız işaretin genliğini bulduklarından parazit oldukça azalır. Band genişlikleri sınırsız olduğundan gönderme hızları diğer sistemlerden daha büyük olabilir. Işık spektrumunda çalıştıklarından FCC (Federal Communication Commission)’den izin gerektirmezler. Infrared’de tek gereksinim görüş hattıdır. Hedef, kapsama alanını açık havada birkaç km’ye çıkarmaktır. Infrared ucuz olmasına karşın, ağır parazite sebep olan güneş ve fluoresan ışınları ile aynı spektrumu paylaşır.

6 Kızılötesi- (Infrared Data Association-IrDA)
Çok düşük frekanslı kızılötesi ışık dalgaları yoluyla birbirini gören iki nokta arasında iletişim sağlar. Bir kaç metreyi aşmayan kısa uzaklıklar için kullanılır. Taşınabilir bilgisayarlarda veri iletişimi, kişisel bilgisayarlarda fare, yazıcı gibi aygıtları kullanmak amacıyla kullanılır. 1-4 Mbps veri iletişim hızlarındadır.

7 Mikrodalga Mikrodalga iletişimi, elektromanyetik spektrumun önemli bir kısmını kapsar. Kullanılan sıklık ne kadar yüksek olursa, band genişliği, dolayısıyla gönderilebilecek veri hızı da o kadar artar. Mikrodalga 500 mW’tan daha az güçte çalışır. Mikrodalga genellikle 5,8 GHz band da kurulur ve tek frekans modülasyonu ile darband gönderme kullanır. Mikrodalganın verimi daha yüksektir. Çünkü geniş spektrum sistemlerin başlığını içermez. RadyoLAN mikrodalga teknolojisinin kullanıldığı bir örnektir.

8 Radyo Kablosuz ortam fiziksel katman tiplerinden üçüncüsü Radyodur. Radyolu bir sistemde, bir radyo vericisi, ana istasyon olarak kapsama alanı içerisindeki terminallerin birbirleriyle ve merkez ile bağlantılarını sağlar. Daha geniş kapsama alanı veya daha fazla kullanıcı gerektiren uygulamalar için çok sayıda ana istasyon kullanılmalıdır. Her ana istasyon bir hücre olarak düşünülürse, geniş bir iletim ortamı için hücresel bir yapı ortaya çıkar.

9 Uydu Mikrodalga anten istasyonlarının mesafe sınırlarından kurtulmak için, dünya yörüngesine oturtulan uyduların mikrodalga istasyonu olarak kullanılmasıdır. Uydular ve yerüstü mikrodalga anten istasyonları arasında veri iletişimi sağlar.

10 Kablosuz Ortam Sınırlamaları
Kablosuz ortamda alıcı ile verici arasındaki iletişim kanalları çok çeşitlidir. Verici tarafından gönderilen sinyaller yansıma (reflection), kırılma (diffrection) ve dağılma (scattering) gibi etkiler nedeniyle alıcıya bir çok kanalı kullanarak farklı güçlerde ve farklı zaman gecikmelerle ulaşabilirler (multipath). Kablosuz haberleşme sistemlerinin kullanıcılarına değişik coğrafi bölgelerden ve değişik hızlarda hareket ederlerken servis vermeleri gerekecektir. Hareketli kullanıcılara bir erişim noktası bölgesinden diğerine geçerlerken verilen servislerin kesilmemesi gerekir. Gezgin radyo haberleşmesi için ayrılan frekans bandı sabittir ve servis sağlanacak abone sayısı sürekli artmaktadır. Bu nedenle kablosuz ortamlar band genişliği açısından oldukça pahalı kaynaklardır. İletişim için ayrılmış frekans aralığının sürekli artmakta olan kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde, verimli olarak paylaştırılmaları gerekmektedir.

11 Kablosuz Ortam Sınırlamaları
Yüksek gürültü (BER =10-4, ATM BER=10-10) Sınırlı bant genişliği Gönderilen bilgiler bir çok kanalı kullanarak farklı güçlerde ve farklı zaman gecikmeleriyle alıcıya ulaşabilirler (multipath problem) Kaynak sinyali Alıcı sinyali Gezgin uygulamaları için hareketlilik destek fonksiyonları gerektirir (hand over, doppler shift)

12 Kablosuz Bilgisayar Ağlarının Avantajları
Kablosuz bilgisayar ağlarının önemli avantajları şunlardır: Hareketlilik: Kablosuz bilgisayar ağları, ağ kullanıcılarına kapsama alanı içerisinde hangi noktada olursa olsunlar, hareket halinde dahi gerçek zamanlı bilgi erişimi sağlar. Kurulum hızı ve basitliği: Kablosuz bilgisayar ağı sistemlerinin kurulumu hızlı ve kolaydır. İletişim hava üzerinden radyo dalgaları ile sağlandığından LAN’lardaki gibi duvar ve tavanlardan kablo çekme zorunluluğu yoktur. Kurulum esnekliği: Kablosuz bilgisayar ağı teknolojisi kablolu LAN’ların erişemeyeceği yerlere ulaşımı sağlar. İleriye yönelik maliyet kazancı: Kablosuz bilgisayar ağlarının ilk kurulum maliyetleri kablolu bir ağdan daha fazla olmakla birlikte hayat evresi sarfiyatı çok azdır. Uzun vadeli kazançları, çok yer değiştirme gerektiren dinamik ortamlarda kendini belli eder. Genişletilebilirlik: Yapılar kolaylıkla değiştirebilir ve az miktarda kullanıcının oluşturacağı “peer to peer” ağ yapısından, binlerce kullanıcıya geniş bir yelpazeyi kapsar.

13 Kablosuz Ağ Topolojileri
Hücresel yapı kablosuz ağlarda yaygın olarak kullanılan ağ topolojisidir. Kişisel Haberleşme Ağları (Personal Communication Network, PCN), hücresel telefonlar, gezgin veri ağları ve kablosuz yerel alan ağları (Wireless LAN) gibi kablosuz sistemler hücresel topolojiyi kullanırlar. Hücresel topolojide, geniş coğrafik bölge üzerindeki servis alanı hücre olarak adlandırılan küçük alanlara bölünür. Her hücrede, kapsama alanı içerisindeki gezgin kullanıcıların haberleşmesini kontrol eden baz istasyonu ya da erişim noktası bulunur. Her hücreye mevcut frekans spektrumundan kanallar tahsis edilir. Bu kanallar ihtiyaç duyulduğunda gezgin kullanıcılar tarafından kullanılır. Gezgin bilgi işlem, hareketli bilgisayar ve aygıt kullanıcılarına, Internet gibi ağların servislerine ve diğer bilgi işlem servislerine her yerden ve her zaman ulaşma ve onları kullanma olanağı veren teknolojilerin genel adıdır.

14 Hücresel Topoloji F A C B G D E F A C B G D E
Kablosuz Yerel Ağlarda yaygın olarak hücresel yapı kullanılır. Geniş coğrafik alan üzerindeki servis alanı hücrelere bölünür. 3, 4, 7, 11 ya da daha fazla hücre bir araya gelerek küme (cluster) olarak adlandırılan yapıyı oluştururlar. Her hücre içerisinde, gezgin kullanıcıların haberleşmesini kontrol eden baz istasyonu bulunur. Her hücreye mevcut frekans spektrumundan kanallar tahsis edilir. Bu kanallar ihtiyaç duyulduğunda gezgin kullanıcılar tarafından kullanılır. Mevcut bant genişliği küme içerisindeki hücrelere tahsis edilir. Her kümedeki aynı harfli hücreler aynı frekansı kullanabilir (frequency reuse). F A C B G D E F A C B G D E 7 hücreli bir küme (cluster)

15 Kablosuz Ağ Topolojileri
IEEE standardı, kablosuz yerel alan ağları için 3 temel topolojiyi destekler. Bunlar : Bağımsız veya birebir kablosuz ağ topolojisi (Independent BSS (Basic Service Set) veya Ad-Hoc Network) Erişim noktalı kablosuz LAN topolojisi (Infrastructure BSS) Genişletilmiş kablosuz ağ topolojisi (Extendend Service Set, ESS)’dir.

16 Bağımsız veya birebir kablosuz ağ topolojisi
(Independent BSS veya Ad-Hoc Network) Bağımsız BSS (Ad-Hoc), IEEE kablosuz yerel alan ağlarının en temel ağ topolojisidir. Bu tip ağ topolojisinin kurulumu çok basittir. Masaüstü bilgisayarlar için PCI ve dizüstü bilgisayarlar için PCMCIA olarak adlandırılan ağ arabirim kartlarının (NIC - Network Interface Card) doğrudan kullanımı ile telsiz olarak cihazdan cihaza (peer-to-peer) haberleşmeyi sağlayan Ad-Hoc ağ topolojisi şeklinde kısa mesafeli kablosuz yerel alan ağı oluşturulur . Bir Ad-Hoc ağ, en az iki kablosuz terminalin bir araya gelmesi ile oluşur. Bu ağ tipinde terminaller herhangi bir erişim noktası (AP, Access Point) ihtiyacı olmaksızın birbirleri ile doğrudan haberleşirler. Böylelikle tüm kullanıcılar ana bilgisayar olmaksızın diğer kullanıcıların imkanlarına erişebileceklerdir. Bu tip ağların kurulumu hızlı ve kolaydır. Hücre 1 Hücre 2 Ad-Hoc ağ topolojisi

17 Erişim noktalı kablosuz LAN topolojisi (Infrastructure BSS)
Kablosuz ağ terminallerinin yalnızca kendi aralarında haberleşmesine imkan veren Ad-Hoc ağların genişletilmesi, mevcut kablolu yerel alan ağları ile bütünleşmesi ve kablolu yerel alan ağları üzerinden sunuculara ulaşılabilmesi için erişim noktalarından faydalanılır. AP’ler kablolu ve kablosuz yerel alan ağları arasında köprü görevi gördüğü gibi kablosuz yerel alan ağlarının band genişliklerini arttırarak daha çok sayıdaki kablosuz terminalin daha uzun mesafeli haberleşmelerini de sağlar. AP sayısı arttırılarak kablosuz yerel alan ağlarının band genişliğini yükseltmek mümkündür. Günümüzde üretilen AP’ler dual modlu olup hem a hem de b standardı için kullanılabilecek şekilde tasarlanmaktadır. Anahtar AP LAN WLAN Sunucu Terminal Kablosuz Hücre 1 Hücre 2 Kablosuz haberleşmede kullanılan hücresel ağ topolojisine göre, hücre olarak adlandırılan erişim noktalarının kapsama alanlarının oluşturduğu bölgelerin içerisinde gezgin terminaller, ağ bağlantısını kaybetmeden hücre içerisinde ve hücreden hücreye hareket edebilir. Bu işlem AP’lerin el değiştirme (hand-off) desteği sayesinde gerçekleşir. Bu şekilde gezgin terminallerin ağ bağlantısını kaybetmeden hareketine “Roaming” denir. Bir AP, kullanıldığı teknolojiye ve konfigürasyonuna bağlı olarak arasında kullanıcıya m mesafe arasında hizmet sunar. Erişim noktaları ile LAN ve WLAN’ların tümleştirilmesi

18 Genişletilmiş kablosuz ağ topolojisi (Extendend Service Set, ESS)
Birden fazla hücreden oluşan kablosuz ağ yapısı genişletilmiş (Extended Service Set, ESS) olarak adlandırılır. Ayrıca iki bina gibi çok uzak mesafeli noktalar arasında kablosuz iletişimin sağlanabilmesi için binalara karşılıklı olarak yönelici anten (directional antenna) yerleştirilir. Her anten diğerinin hedefindedir. Antenler kablolar yoluyla erişim noktalarına bağlıdır.

19 Kablosuz Ağ Topolojileri
Eş düzeyli (Peer-to-peer) ağ topolojisi. Kablosuz ağlarda yaygın olarak kullanılan hücresel ağ topolojisi (centralized).

20 Kablosuz Ortam Erişim Kontrolü (MAC)
MAC protokolü, kablosuz terminallerin sonlu radyo spektrumuna aynı anda erişmelerine imkan vermek için kullanılır. MAC protokolü, sınırlı bant genişliğine sahip kablosuz iletim ortamını kullanıcılar arasında etkin olarak paylaştırmayı amaçlayan kurallar bütünüdür. Kablosuz haberleşme sistemlerinde kullanılmak üzere geliştirilmiş çok sayıda MAC protokolü bulunmaktadır. MAC protokolü, özellikle servis kalitesi garantisi isteyen trafiklerin servis gereksinimlerinin karşılanmasında çok önemli bir role sahiptir. Bu tür trafikler için, yaygın olarak istek güdümlü çoklu erişim teknikleri kullanılmaktadır.

21 Kablosuz MAC Protokolleri
Kablosuz haberleşme sistemlerinde iletim ortamının, kullanıcıdan baz istasyonuna (uplink, veriş) ve baz istasyonundan kullanıcıya (downlink, alış), aynı anda çift yönlü olarak kullanılması istenir. Kablosuz ortamlarda kullanılan MAC protokolleri, iletim ortamını çift yönlü kullanma (duplexing) yöntemine göre frekans bölmeli (FDD, Frequency Division Duplexing) ve zaman bölmeli (TDD, Time Division Duplexing) olarak ikiye ayrılır. FDD yönteminde her kullanıcıya alış ve veriş yönünde farklı frekans bandına sahip iki tek yönlü kanal tahsis edilir. TDD yönteminde ise her kullanıcı için iki farklı frekans bandı yerine tek frekans bandı kullanılır. Alış ve veriş için ayrı zaman dilimlerinden (time slot) faydalanılır. Kısa mesafeli radyo haberleşmesinde TDD yöntemi daha çok kullanılır. Uzun mesafelerde zaman gecikmesi fazla olacağından FDD yöntemi daha avantajlıdır.

22 Çoklu erişim yöntemleri
Çoklu erişim yöntemleri veri transfer ortamının kullanıcılar arasında nasıl paylaşıldığını tanımlar. Günümüzde, çoklu erişim yöntemleri temel olarak; Frekans bölmeli çoklu erişim (Frequency Division Multiple Access, FDMA), Zaman bölmeli çoklu erişim (Time Division Multiple Access, TDMA) ve Kod bölmeli çoklu erişim (Code Division Multiple Access, CDMA) olmak üzere üç ana grupta sınıflandırılabilir. Bu teknikler de kendi aralarında Dar bant (narrowband) Geniş bant (wideband) sistemler olarak gruplandırılabilir

23 Çoklu erişim yöntemleri
Dar bant çoklu erişim sistemlerinde mevcut bant genişliği çok sayıda dar bantlı kanallara bölünür. Dar bant FDMA sisteminde her kullanıcıya diğerleri tarafından kullanılamayan frekans kanalı tahsis edilir. Dar bant TDMA sisteminde frekans kanalları zaman aralıklarına bölünerek çok sayıda kullanıcının aynı frekans kanalını farklı zaman aralıklarında kullanması sağlanır. FDMA/FDD, TDMA/FDD ve TDMA/TDD gibi çoklu erişim sistemleri dar bant uygulamalara örnek olarak gösterilebilir. Geniş bant çoklu erişim sistemlerinde kullanıcının, frekans spektrumunun geniş bir bölümünü kullanmasına imkan verilir. Aynı kanaldan çok sayıda kullanıcının faydalanması da sağlanır. Geniş bant TDMA sisteminde, frekans kanalı çok sayıda zaman aralıklarına bölünerek kullanıcıların aynı frekans kanalını farklı zamanlarda kullanabilmesi sağlanır. Böylece, belirli bir anda bant genişliğinin tamamı sadece bir kullanıcı (aktif slotun sahibi) tarafından değerlendirilebilir. Geniş bant CDMA sisteminde ise, frekans kanalı aynı zamanda çok sayıda kullanıcıya hizmet verebilir. Geniş bant sistemleri iletim ortamını çift yönlü kullanma yöntemlerinden FDD ya da TDD’yi kullanabilir.

24 İletim kanalının tahsis edilmesine göre çoklu erişim teknikleri
Sabit paylaştırma (fixed assignment) Sabit paylaştırma yönteminde her kullanıcıya geçici bir kanal ayrılır. TDMA ve FDMA sabit paylaştırma yöntemine örnek olarak gösterilebilir. Ses iletimi ya da video konferans gibi sürekli veri akışı (stream) gerektiren uygulamalar için kullanılabilir. Bağlantılar için sabit bant genişliği ayrıldığından veri iletim hızı ani değişimler gösteren patlamalı çoklu ortam uygulamaları için kullanılması uygun değildir. Rasgele paylaştırma (random assingment) Rasgele paylaştırma yöntemi, çoklu ortam verilerinin transferi açısından, sabit paylaştırma yöntemine oranla daha etkili olmakla birlikte, gecikmeye duyarlı servisler için fazla kullanışlı değildir. CSMA (Carrier Sense Multiple Access), ALOHA ve slotted ALOHA gibi çoklu erişim teknikleri rasgele paylaştırma yöntemini kullanan MAC protokollerine örnek olarak gösterilebilir. İstek güdümlü paylaştırma (demand assignment) İstek güdümlü paylaştırma yönteminde bant genişliği kullanıcı tarafından istekte bulunulması durumunda ayrılır. En çok kullanılan kablosuz ortam MAC tekniklerindendir. Özellikle, tüm trafik sınıflarına hizmet verebilen tümleşik kablosuz ağlarda bant genişliğinin verimli ve etkin olarak kullanılmasını sağlar.

25 MAC tekniklerini sınıflamak için farklı kriterler kullanılır:
Kanal tahsis yöntemine göre Sabit Paylaştırma (Fixed Assigment) Rasgele Paylaştırma (Random Assigment) İstek Güdümlü Paylaştırma (Demand Assignment) (QoS garantili hizmetler) Duplexing yöntemine göre FDD (Frequency Division Duplexing ) TDD (Time Division Duplexing ) Çoklu erişim yöntemine göre FDMA (Frequency Division Multiple Access, Frekans Bölmeli Çoklu Erişim) TDMA (Time Division Multiple Access, Zaman Bölmeli Çoklu Erişim) CDMA (Code Division Multiple Access, Kod Bölmeli Çoklu Erişim)

26 Kablosuz Ortam Erişim Kontrolü (MAC)
TDMA İletim zamanı, her biri eşit süreli zaman aralıklarına (time slots) bölünür. Her kullanıcı kendisine ayrılmış zaman aralığı içerisinde kendi bilgisini iletir. Kullanıcılar için farklı sayıda slot ayrılabilir (QoS) Çok yüksek veri iletim hızlarını destekler Quard time gerektirir. (çokyollu sönümleme ve yayılım gecikmesi) kullanıcılar k1 k2 k3 k4 k5 k6 c kod f frekans t zaman

27 Şekilde, N adet kullanıcı için TDMA tekniğinin uygulamasını göstermektedir.
TDMA yönteminde terminaller sadece veri iletileceği zaman kullanılır. Böylece, veri iletiminin sürekli olmadığı patlamalı trafikler için, terminal batarya kullanımında enerji tasarrufu sağlanır. FDMA yöntemine göre veri iletim hızı çok yüksek olduğundan denkleştirme (equalization) gerektirir. Kullanıcı terminali boş olduğu zamanlarda diğer baz istasyonlarının yayınları dinlenebilir ve böylece el değiştirme (handover) daha kolay yapılabilir (terminal yardımlı el değiştirme). Alış ve veriş kanalları için TDD kullanılırsa çiftleyiciye ihtiyaç duymaz. FDD kullanılsa dahi çiftleyici yerine daha uygun maliyetli basit bir anahtar da kullanılabilir. Kanal 1 Kanal N Kanal 2 Frekans Zaman Sinyal

28 Kablosuz Ortam Erişim Kontrolü (MAC)
FDMA Toplam bant genişliği bağımsız frekans kanallarına bölünür Her kullanıcı kendine ait frekans kanalını kullanır Kullanıcılara ayrılan frekans kanalları kullanılmadığında boş olarak kalır, verim (throughput) düşer Patlamalı trafikler için uygun değildir kullanıcılar k1 k2 k3 k4 k5 k6 c kod f frekans t zaman

29 Şekilde N adet kullanıcı için FDMA tekniğinin uygulanması görülmektedir.
Bu teknikte, kullanıcılara ayrılan frekans kanalları kullanılmadığında boş olarak kalır. Bu durum, bant genişliği kullanım verimliliğinin düşmesine neden olur. Gönderilecek paketler için TDMA yöntemindeki gibi fazla kontrol bitlerine ihtiyaç duymaz. Gönderici ve alıcı aynı zamanda çalıştıklarından kablosuz terminallerde çiftleyiciye (duplexer) ihtiyaç duyar ve dolayısıyla maliyet artar. Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal N Sinyal Zaman Frekans

30 Kablosuz Ortam Erişim Kontrolü (MAC)
CDMA kullanıcılar k1 k2 k3 k4 k5 k6 Tüm kullanıcılar aynı frekans bandını kullanır ve aynı anda iletim yapar Bilgi sinyali, pseudo-noise (PN) adı verilen sayısal sinyalle çarpılarak geniş bant aralığına dönüştürülür ve iletilir. Alınan sinyal benzer işlemlerle bilgi haline çevrilir. Her kullanıcı diğer PN sinyallere yaklaşık olarak dikey (orthogonal) olan PN sinyaline sahiptir. Bilgi sinyalinin saptanabilmesi için, alıcının gönderici PN sinyalini bilmesi gereklidir. Bant genişliği sınırlaması yoktur (bant genişliği sınırlamasından ziyade güç konusunda sınırlamaları vardır) Gürültü ve çokyollu sönümlemeden etkilenmez Alıcı tasarımı karmaşıktır… c kod f frekans t zaman

31 Şekilde N adet kullanıcı için CDMA tekniğini göstermektedir.
CDMA tekniğinde tüm kullanıcılar aynı frekans bandını kullanabileceğinden, iletişim kanalının paylaştırılmasıyla ilgili herhangi bir planlamaya gerek kalmaz. Kullanılan PN kod uzayı, frekans uzayına oranla daha büyük olduğundan bant genişliği sınırlaması kısmen önlenmiş olur. CDMA tekniğinin en büyük avantajlarından biri de farklı sinyallerin neden olacağı girişimden ve çokyollu sönümlemeden (multipath fading) fazla etkilenmemesidir. Ayrıca, FEC ve şifreleme için geliştirilen modüller CDMA sistemlere kolayca entegre edilebilir. Sinyal Kanal N Kanal 1 Kanal 2 Frekans Zaman

32 Kablosuz Ortam Erişim Kontrolü (MAC)
ALOHA ALOHA, genellikle kablosuz ortamdan veri transferi için kullanılan rasgele erişim protokolüdür. Kullanıcı tarafından gönderilecek mesaj olduğunda beklenmeden kanala erişilerek iletim gerçekleştirilir ve ACK beklenir (aynı kanaldan ya da farklı bir kanaldan). Çarpışma (collision) durumunda, yani NACK alındığında, rasgele belirlenen bir bekleme süresi sonunda mesaj yeniden gönderilir. Kullanıcı sayısının artması çarpışma olasılığını da artacağından yüksek gecikmelere ve erişim problemlerine neden olur. ALOHA protokolünün geliştirilmiş uyarlaması olan “slotted ALOHA” tekniğinde ise ; İletim zamanı, paket süresinden daha büyük olan eş zaman dilimlerine bölünür. Kullanıcıların senkronize saatleri vardır ve mesaj iletimi, bu zaman dilimlerinin başında gerçekleştirilir. Böylece paketlerin kısmi çarpışması önlenmiş olur. Slotted ALOHA, standart ALOHA protokolünden iki kat daha optimum kanal kullanma imkanı sağlayabilmektedir .

33 Kablosuz Ortam Erişim Kontrolü (MAC)
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) CSMA/CA, ISM (Industrial Scientific Medical) bandında bir çok KLAN tarafından kullanılan kanal erişim mekanizmasıdır. CSMA/CA protokolünde terminal tarafından ilk olarak erişim kanalı dinlenir (carrier sensing) ve kanal boş ise ilk paket iletim kuyruğuna gönderilir. Eğer kanal meşgul ise (bir başka terminal tarafından kullanılıyor ya da girişim nedeniyle), boş olana kadar beklenir ve daha sonra çekişme (contention) başlar (rasgele bir süre bekler). Terminalin çekişme zamanlayıcısının süresi dolduğunda kanal hala boş ise paket gönderilir. En kısa çekişme süresine sahip terminal kanala erişim hakkını kazanır ve verisini gönderir. Diğer terminaller ise bir sonraki çekişmeyi bekler (kanal boş olana kadar). Çekişme süresi rasgele seçildiğinden kanala erişim açısından hiçbir düğümün diğerlerine göre önceliği yoktur.

34 CSMA/CA kanal erişim tekniği
“Term1” veri göndermek için iletim kanalını dinler (bu sırada kanal, “Term 3” tarafından kullanılmaktadır). İletim kanalı boş olduğunda çekişme başlar ve rasgele belirlenen bir süre beklenir. Çekişmeyi “Term 1” kazanır ve kanalın kullanım hakkını elde ederek verisini gönderir. RTS ve CTS gizli terminal (hidden terminal) etkisini önlemek, “ack” ise mesajın alındığını onaylamak için kullanılır. CSMA/CA kablolu ortamda kullanılan CSMA/CD’ye benzemektedir. CSMA/CD, çarpışma bulma (collision detection) yöntemine göre çalışır. Kablosuz ortamda ise çarpışmanın saptanması olanaksız olduğundan CSMA/CA protokolünde kullanılan çekişme peryodu ile çarpışma kısmen önlenir. CSMA/CA kanal erişim tekniği RTS: Request To Send CTS: Clear To Send ack: Acknowledgement

35 Kablosuz ATM Ağlarında Kullanılan MAC Protokolleri
İstek Güdümlü Paylaştırma (Demand Assignment) yöntemi kullanılır.

36 WLAN haberleşme teknolojileri
1. Darband (Narrowband) teknolojisi Darband metodu, radyo sinyal frekansını sadece verinin geçebileceği kadar ve mümkün olduğunca dar tutar. İletişim kanalları arasında istenmeyen kanal karışması, değişik kullanıcıların farklı kanallara yönlendirilmesiyle önlenir. Basit bir telefon hattını radyo frekansına benzetirsek, nasıl her ev kendine ait özel bir telefon hattına sahipse ve komşu evler yapılan konuşmaları kendi hatları üzerinden duyamıyorsa, radyo sistemi de bu girişim ve gizliliği ayrı radyo frekansları kullanarak sağlar. 2. Kızılötesi teknolojisi (Infrared Wireless LANs) Kablosuz yerel alan ağlarında az miktarda kullanılan diğer bir teknoloji ise infrared’dir. Infrared sistemler elektromanyetik spektrumda görülür ve ışığın hemen altındaki çok yüksek frekanslı verileri taşımak için kullanır. Yüksek hız, kısa mesafe, çizgisel görüş alanı (Line of Sight), TDMA kullanılır.

37 WLAN haberleşme teknolojileri
3. Geniş spektrum (Spread Spectrum) teknolojisi Bir çok kablosuz sistem, kritik, güvenli ve gizli haberleşme için genişband radyo frekans tekniğini kullanır. Temel geniş spektrum işaret karakteristikleri şu şekilde özetlenebilir : Gönderilen işaretin band genişliği, orijinal verinin band genişliğinden oldukça büyüktür. Gönderilen işaret, yalnızca alıcı ve göndericinin bildiği, veriden bağımsız kod ve veri yardımıyla belirlenir. İki çeşit geniş spektrum metodu vardır, FHSS ve DSSS. Frekans Atlamalı Yayılı Spektrum (Frenquency Hopping Spread Spectrum, FHSS) Düz Sıralı Yayılı Spektrum (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) Örneğin; IEEE ailesi Eğer bir alıcı doğru frekansa ayarlı değilse, geniş spektrum sinyallerini çevre gürültüsü olarak algılayacaktır.

38 Frekans atlamalı geniş spektrum (Frequency-Hopping Spread Spectrum, FHSS)
FHSS, alıcı ve verici cihazın bildiği bir şablon çerçevesinde bir darband taşıyıcı ile frekansı değiştirmektir. FHSS MHz Band genişliği içerisinde 1 MHz’lik frekans aralıkları ile oluşturduğu kanallar üzerinden verinin iletimini sağlar. Parazitleri engellemek amacı ile band genişliği üzerindeki 78 kanal 26’lı olacak şekilde 3 gruba ayrılır. FHSS aynı alanda çok sayıda ağın birlikte çalışmasına imkan tanır. 2402 MHz 2403 MHz 2404 MHz 2478 MHz 2479 MHz 2480 MHz Frekans Kanal 1 2 76 77 78 t Şekilde görüldüğü gibi frekans atlama, GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) ile sağlanır. FHSS, IEEE ’de tanımlanmasına rağmen IEEE grubu ve cihaz üreticileri tarafından çeşitli dezavantajları dolayısıyla tercih edilmemektedir. FHSS tekniği

39 Düz sıralı geniş spektrum teknolojisi (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS):
DSSS’de gönderilecek olan her bit, kullanılan kodlama tekniğine göre çok sayıda bit ile ifade edilir. IEEE uygulamalarında en yaygın modülasyon tekniği olan DSSS ile birlikte, b’de 1 Mbps için DBPSK (Differantial Binary Phase Shift Keying), 2 Mbps için DQPSK (Differantial Quadrature Phase Shift Keying), 5,5 Mbps ve 11 Mbps için ise CCK (Complementary Code Keying) kodlama teknikleri kullanılmaktadır. Daha yüksek veri iletim hızına sahip olan a’da ise 6 Mbps ve 9 Mbps için BPSK (Binary Phase Shift Keying) , 12 Mbps ve 18 Mbps için QPSK (Quaternary Phase Shift Keying), 24 Mbps ve 36 Mbps için 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 48 Mbps ve 54 Mbps için 64 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) kullanılır. Her ‘1’ veri biti için kodlanmış kelime ‘0’ veri biti için terslenmiş kod Orijinal Veri Ayrıca a’da kablosuz ortamdan kaynaklanan radyo kanal hatalarını düzeltmek amacıyla DLC (Data Link Control) katmanında 1/2, 2/3, 3/4 kodlama oranları ile FEC (Forward Error Correction) mekanizması da kullanılır. FEC kullanımı ile DSSS, iletilen kodlanmış veri içerisindeki bir ya da iki bit haberleşme sırasında bozulursa orijinal veriyi haberleşmeyi tekrarlamadan kurtarabilir.

40 DSSS ve FHSS tekniklerinin karşılaştırılması
FHSS’in güçlü yönü, büyük veriler için kapasitesinin yüksekliği iken DSSS’in üstünlüğü ise, ek kullanıcılara destek vermenin kolay oluşudur. DSSS ile FHSS modülasyon tekniklerinin birkaç genel özelliği Tablo da karşılaştırılmalı olarak görülmektedir DSSS FHSS Menzil Daha iyi İyi Multipath Hassasiyeti Yüksek Düşük Max. Hız 11 Mbps 3 Mbps Verim 5,8 Mbps 2,1 Mbps Roaming (dolaşım) Yavaş Çok hızlı

41 4. Dikey frekans bölmeli çoklama
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) IEEE a standardının fiziksel katmanı, yüksek veri iletim hızı için dijital haberleşme sistemlerine başarı ile uygulanan OFDM modülasyonunu kullanır. Çok sayıda taşıyıcı modülasyon olarak da adlandırılan OFDM, yalnızca bir taşıyıcı yerine çok sayıda taşıyıcı dalga kullanan bir metottur. OFDM tek bir dijital sinyali eş zamanlı olarak 1000 veya daha fazla taşıyıcı sinyale böler. Sinyaller birbirlerine düz açılarla gönderilirler ve böylelikle birbirlerine parazit yapmazlar.

42 OFDM modülasyonunun başlıca avantajları
Geleneksel iletim şablonlarından daha küçük band genişliği kapladığından frekans spektrumunu verimli kullanır. OFDM multipath etkilerinin üstesinden gelme yeteneğine sahiptir. Sinyal gönderildiğinde, dağıtılmasına sebep olan binalar, tepeler gibi engeller ile karşılaşır. Böylece hedefe iki veya daha fazla yol üzerinden ulaşır. Sinyalin dağıtılan parçalarının geç iletilmesi hayalet işaretlere sebep olur. OFDM aynı sinyali göndermek için çok sayıda taşıyıcı kullandığından dolayı multipath etkilerine direnir. Sinyal bir engel ile karşılaştığında dağılması yerine engelin çevresinden geçer. OFDM ileri hata düzeltme (FEC) algoritmaları ile iletilen verinin güvenilirliğini sağlar .