Reti Wireless - Protocollo CDMA, altre tecnologie

Accesso Multiplo a divisione di codice (CDMA)

CDMA: Code Division Multiple Access

Con questo protocollo abbiamo un solo canale che occupa tutta la banda e tutte le stazioni possono trasmettere contemporaneamente, per non creare collisioni ogni stazione parlerà con un codice diverso. È come se più persone parlano nella stessa stanza ma ogni coppia parla una lingua diversa, in questo modo chi parla la stessa lingua può comprendersi.

Come si realizza?

Assumiamo di avere 4 stazioni connesse sullo stesso canale:

• I dati spediti sono $d_1,d_2,d_3,d_4$
• I codici assegnati $c_1,c_2,c_3,c_4$

Ogni stazione moltiplica i propri dati per il proprio codice e trasmette il risultato, quindi nel canale comune otteniamo:

Proprietà dei Codici

• Se moltiplichiamo ogni codice per un altro otteniamo 0
• Se moltiplichiamo ogni codice per se stesso otteniamo il numero delle stazioni (in questo esempio 4)
• Qualsiasi stazione voglia ricevere dati da una delle altre tre stazioni moltiplica i dati ricevuti per il codice del mittente e divide per il numero delle stazioni

Ad esempio se la stazione 2 vuole ricevere i dati della stazione 1:

$$\begin{array}{rl}& \frac{[(d_1\cdot c_1+d_2\cdot c_2+d_3\cdot c_3+d_4\cdot c_4)\cdot c_1]}{4}\\ =& \frac{[d_1\cdot c_1\cdot c_1+d_2\cdot c_2\cdot c_1+d_3\cdot c_3\cdot c_1+d_4\cdot c_4\cdot c_1]}{4}=\frac{4\cdot d_1}{4}=d_1\end{array}$$

Sequenze di Chip

Il CDMA si basa sulla teoria della codifica, ad ogni stazione viene assegnato un codice che è una sequenza di numeri chiamati chip.

Queste sono sequenze ortogonali:

• Ogni sequenza è composta da N elementi con N uguale al numero delle stazioni. N inoltre deve essere una potenza di 2.
• Se moltiplichiamo una sequenza per un numero, ogni elemento della sequenza viene moltiplicato per tale numero
• Se moltiplichiamo due sequenze uguali e sommiamo i risultati otteniamo N
• Se moltiplichiamo due sequenze diverse e sommiamo i risultati otteniamo 0
• Sommare due sequenze significa sommare gli elementi corrispondenti

Rappresentazione dei Dati nel CDMA

La regola per la codifica è:

• Se ci sono dati presenti → Bit dati +1
• Se non ci sono dati → Bit dati -1
• Silenzio → Bit dati 0

Esempio

Il bit vale 0 quindi c’è silenzio.

Segnale digitale creato dalle 4 stazioni

Che decodificato:

Generazione sequenze di Chip

Come vengono generate le sequenze di chip?

Si usa una tabella di Walsh (matrice quadrata), in questa tabella ogni riga è una sequenza di chip.

$W_1$ indica una sequenza con un solo chip (una riga e una colonna) e può assumere valore +1 o -1, lo scegliamo noi.

Per le successive, conoscendo $W_N$ possiamo costruire $W_{2N}$ nel seguente modo:

Quindi ad esempio, partendo con $W_1=[+1]$:

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Protocolli MAC

Abbiamo visto diversi protocolli MAC:

• LAN Wired: CSMA / CD
• LAN Wireless: CSMA / CA

Se il CSMA è il più efficiente perché si studiano anche Aloha, TDMA o altro? Perché in alcune reti wireless potrebbero esserci delle caratteristiche fisiche che non consentono di usare i protocolli MAC più complessi ed efficienti.

Bluetooth

È una tecnologia LAN wireless progettata per connettere dispositivi con diverse funzioni (telefoni, notebook, stampanti) e diverse capacità in un raggio di più o meno 10m.

LAN Bluetooth

Una LAN bluetooth è una rete ad hoc, infatti si forma spontaneamente senza aiuto di alcuna stazione base (access point). Di solito è una rete piccola che permette la connettività di pochi dispositivi.

Queste reti prendono il nome di PAN (Personal Area Network) e sono gestite dallo standard IEEE 802.15 implementato dalla tecnologia Bluetooth.

Usano una banda da 2,4Ghz divisa in 79 canali da 1Mhz ciascuno.

Le PAN sono concetto più vasto, non sono soltanto reti bluetooth. Le PAN con bluetooth si chiamano Piconet e Scatternet

Piconet

È una rete composta al massimo da 8 dispositivi dove 1 agisce da stazione primaria (master) e gli altri 7 da secondarie (slave) che si sintonizzano con la prima.

In realtà possono esserci fino a 255 slave ma nella comunicazione con il master possono essercene soltanto 7, quelli che non si trovano nella comunicazione si dicono in stato di parked.

Il master può comunque cambiare di stato due dispositivi in modo da poter comunicare con tutti, ovvero spostare un attivo in parked e viceversa.

Scatternet

La scatternet è una combinazione di Piconet, ovvero una stazione secondaria di una piconet può essere la primaria di un’altra piconet passando quindi i messaggi da una rete all’altra.

Dispositivi Bluetooth

I dispositivi bluetooth hanno un trasmettitore radio a breve portata, da notare che siccome hanno un’ampiezza di banda a 2.4Ghz potrebbero esserci interferenze con le LAN wireless IEEE 802.11b

Bluetooth Layers

Il bluetooth inoltre definisce uno stack protocollare diverso da quello del TCP / IP

Protocollo MAC

Bluetooth usa TDMA con slot temporali da $625\mu s$. Le stazioni primarie e secondarie inviano e ricevono dati ma non contemporaneamente (half duplex), inoltre per differenziarsi la primaria usa slot pari mentre la secondaria slot dispari.

Esempio trasmissione con secondaria singola:

• Per trasmettere un pacchetto impiega circa $366\mu s$, quindi rimane in tempo di guardia per $625-366=259\mu s$ che serve per: turnaround, salto di frequenza e sincronizzazione

Se la comunicazione avviene con più stazioni secondarie, allora la prima usa comunque slot pari ma ad ogni slot specifica chi deve trasmettere nello slot successivo: