İletişim Ağları. Kablosuz Ağ Teknolojileri. Dr. Öğr. Üyesi Serap Karagol

İletişim Ağları

Kablosuz Ağ Teknolojileri 13 4/0 /2021

Kablosuz Ağ Teknolojisinin Doğuşu



İkinci Dünya Savaşında ABD ordusu veri transferi için ilk defa radyo sinyallerini kullandı.



Bu gelişme 1971 yılında Hawaii

Üniversitesindeki bir grup araştırmacıya ilham kaynağı oldu ve ilk paket tabanlı radyo iletişim ağını kurmalarını sağladı.



Adı ALOHNET olan bu ağ, bilinen ilk

kablosuz yerel iletişim ağı (Wireless Local

Area Network - WLAN) oldu.

Kablosuz Ağ Teknolojileri

 Kablosuz uygulamalarda uç sistemler arasında herhangi bir fiziksel kablo bağlantısı olmadan

o radyo dalgalarını (HomeRF),

o kızılötesi ışınları (Infrared Data Association –IrDA)

o mikro dalgaları (BlueTooth) gibi yöntemlerle hava üzerinden aktarım şekli kullanılır.

 Nerelerde kullanılır?

o Yerel alan ağı o Uzak bağlantı o Yakın bağlantı

o Kentsel alan uygulamaları o Telefon şebekeleri

Kablosuz İletişim Yöntemleri

 Kızılötesi (IrDA)

 Mikrodalga o İstasyonlar

o Bluetooth

 Radyo yayını

 Uydu

o Uplink/Downlink

Kablosuz Ağ Teknolojileri



Kablosuz TV yayınında iki yönlü iletişim söz konusu değildir.



Ancak bilgisayar ağları iki yönlü iletişime gerek duymaktadır.



Eğer karşılıklı iletişimde band genişlikleri eşitse simetrik, farklı ise asimetrik olarak adlandırılır.



Kablosuz ağ denildiğinde ilk akla gelecek sözcükler:

o

WLAN

HiperLAN

Bluetooth

Wimax

o GSM o GPRS o WAP o

Wife

Kablosuz İletimde Anahtar Sözcükler

 Veri oranı (bit rate)

 Taşıyıcı işaret frekans (carrier frequency)

 Kullanılacak frekans bölgesi (frequency domain)

 Modülasyon / kodlama yöntemi (modulation/ coding)

 Güvenlik

 Çoklu erişim (multi access)

 Yayın gücü ve anten (antenna)

Kablosuz Bağlantı Yöntemleri

1. Noktadan-Noktaya (Point-to-point)

o Saçınım ve etkileşim problemleri daha az olur.

2. Bir noktadan çok noktaya (Point-to-Multipoint)

o TV benzeri yayınlar

3. Kablosuz LAN (WLAN, Wireless LAN)

4. Eş Düzey (Peer-to-Peer, Ad-Hoc)

o Her sistem karşısındaki ile doğrudan iletişim yapar.

Kablosuz LAN (Wireless LAN-WLAN)

LAN uygulamalarının kablo kullanılmadan gerçekleştirilmesidir.

İki yaklaşım şekli vardır:



Ethernet, token ring gibi var olan LAN teknolojilerinin fiziksel ve kısmen veri bağı katmanın kablosuz hale getirilmesidir.

o IEEE 1997 yılında 802.11 standardı tanımlanmıştır.

o 2.4 GHz de 2Mbps ile iletişim yapılabilmektedir.

o 802.11a, 802.11b ve 802.11g gibi türevleri geliştirilmiştir.



Kablolu LAN uygulamasına bağlı kalmaksızın özgün standartlardır

o Örnek: HiperLAN

Kablosuz LAN Kurulmasında Temel Yaklaşımlar

 Kablosuz LAN teknolojisinde iki yaklaşım vardır:

o Sistemlerin ‘kablosuz ağ kartı’ üzerinden birbirine doğrudan bağlanması o Merkezi bir cihazın köprü görevi görmesi

Kablosuz LAN KurulmasındaTemel Yaklaşımlar

 Sistemlerin doğrudan bağlanması topolojisine ‘eş-düzey’ bağlantı denilir yada ‘ad-hoc mode’ olarak da adlandırılır.

o Küçük ölçekli ağ ihtiyaçlarını karşılar.

 Merkezi cihaz erişim noktası (access point) veya baz istasyon olarak adlandırılmaktadır, bu da ‘infrastructure mode’ olarak adlandırılır.

o Daha sık kullanılır

Kablosuz Ağ Standartları

 802.11b

o 2.4 GHz aralığında çalışır o Max bant genişliği 11Mbps o 30-75m arası performans

o Günümüzde yaygın kullanılıyor

 802.11a

o 5GHz aralığında yayın yapar o Max bant genişliği 54Mbps o 25-50m civarında performans

 802.11g

o 802.11b uyumlu o 2.4 GHz aralığında

o 54 Mbps’e kadar çıkan hız kapasitesi

 802.11i

o Güvenli WLAN kullanımı için düşünülmüş

o 802.11a ve 802.11b WLAN'lari arasındaki iletişimin şifrelenmesini belirler.

802.11x (IEEE) Ailesi Protokolleri

Kodlama / Modülasyon Teknikleri

 Havadan gönderilecek veri önce uygun bir kodlama tekniği ile elektriksel işarete dönüştürülür, ardından da daha yüksek bir frekansa sahip taşıyıcı işarete modüle edilir.

 IEEE 802.x ailesi standartlarında genel olarak DSSS, FSS, ve OFDM kodlama / modülasyon yöntemleri kullanılır.

 Kodlama/modülasyon yöntemi, kullanıldığı standardın veri oranı,

kanal sayısı gibi temel özellikleri belirlemektedir.

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

 802.11 de kullanılan kodlama/modülasyon yöntemidir.

 DSSS ile birlikte 1 Mbps için DBSK ve 2 Mbps için DQPSK kodlama yöntemleri kullanılmaktadır.

 Her bir bit birden fazla bit ile temsil edilir.

 Dağıtılan kod daha fazla banda yayılır.

 Giriş biti ile dağıtılan bit dizisi XOR işlemi yapılır

o input 0: Dağıtılan bit değişmemişse o input 1: Dağıtılan bit değişmişse

Örnek:



Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi vericide kullanıcı verisi rasgele

(PN=Pseudorandom) üretilen bit dizisi ile XOR işlemine sokulmuştur.



Rasgele bit dizisini birim zamana düşen bit sayısı(Data Rate) daha

fazladır yani bit oranı daha fazladır.

Örnek:

 Bu nedenle XOR işlemi sonucunda üretilen verinin de bit oranı daha fazla olur ve bu da gönderilecek olan işaretin band genişliğini artırır, yani gönderilmek istenen işareti daha geniş bir frekans aralığına yayar(frequency spreading).

 Alıcıda gönderilen verinin anlamlı olarak elde edilmesi için vericide kullanılan aynı rasgele bit dizisi kullanılır ve alıcıda veri elde edilir.

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

 Band genişliğinden daha fazla yararlanmak için dikgen frekans bölmeli çoğullama tekniği (OFDM) önerilmiştir.

 OFDM, genel olarak veri akışını düşük hızlı alt taşıyıcılara bölerek paralel kanallarda ileten bir modülasyon ve çoğullama tekniğidir.

 OFDM ile FDM arasındaki en temel fark; OFDM sisteminde taşıyıcı spektrumları birbiri üzerine binmekte ve bu taşıyıcıların birbirlerine dik olması sayesinde spektral verimlilik elde

 edilmektedir.

 Bu sayede elde edilen band genişliği tasarrufu Şekil de açıkça görülmektedir.

Çoklu Erişim ve Çoğullama Yöntemleri

FDMA

 Aynı anda aktarım yapmak isteyen farklı uç sistemler kaçınılmaz olarak belirli frekans aralıklarını paylaşmaları gerekir.

 En çok kullanılan yöntem FDMA olarak adlandırılan frekans bölümlemeli çoklu erişim yöntemidir.

 FDMA genellikle analog sistemlerde yaygın olarak kulanılır.

 FDMA’da frekans spektrumu frekans alanında birbiri üzerine taşmayan bölmelere ayrılır.

 Örneğin 150Mhz’ lik bir spektrum bloğu, 25 MHz bölmelere ayrılarak aynı anda altı uç birimin eş zamanlı haberleşmesi

sağlanabilir.

Çoklu Erişim ve Çoğullama Yöntemleri

 TDMA

o TDMA, zaman bölümlemeli çoklu erişim yöntemidir.

o Eldeki spektrum zaman alanında bölmelere ayrılır.

Çoklu Erişim ve Çoğullama Yöntemleri

 CDMA

o Diğer bir yöntem ise CDMA olarak adlandırılan kod bölmeli çoklu erişim yöntemidir.

o CDMA da bir çeşit geniş spektrum tekniği kullanır

o Dağılmış spektrum sisteminde veri işaretinin taşınması için veri işaretinin sahip olduğu band genişliğinden çok daha geniş bir frekans aralığı kullanılır.

o 3 Khz ‘lik bir ses haberleşmesi için 1Mhz yada daha geniş bir frekans aralığı kullanılır.

Çoklu Erişim ve Çoğullama Yöntemleri

 Aynı bölgede veri iletimi yapan kullanıcıların hepsine farklı bir kod sözcüğü atanır.

 Yani bir kullanıcı 1 göndermek isterse önceden sistem tarafından kendisine atanan farklı bir bit dizisi gönderecek (mesela 1000 diyelim), 0 göndermek istediğinde ise kendisine atanmış bu bit dizisinin 1’e tümleyenini gönderecek.

 Aynı bölgede iletim yapan 10 kullanıcı varsa hepsine farklı bir kod sözcüğü (10 tane) verilmektedir.

 Bu tekniğin bir özelliği bütün kullanıcı verisini aynı zamanda mevcut frekans bandı üzerinden göndermesidir.

 Şimdi aklınıza şöyle bir soru gelebilir. Aynı anda aynı frekans bandı üzerinden yollandığında bu veriler üst üste binmez mi?

 Evet gönderilen bu veriler üst üste biner, işte bu sayede alıcıda hangi kullanıcının hangi biti gönderdiği anlaşılır.

Örnek

Kullanıcı Kod sözcükleri İletim Alıcı

A CA: 1010 A: 1 1010 1 -1 1 -1 A: T*CA= (-1 -1 3 -1)* (1 -1 1 -1)/4 = 1 1 B CB: 1001 B: 0 0110 -1 1 1 -1 B: T*CB= (-1 -1 3 -1)* (1 -1 -1 1)/4 = -1 0 C CC: 0011 C: 1 0011 -1 -1 1 1 C: T*CC= (-1 -1 3 -1)* (-1 -1 1 1)/4 = 1 1

(T) Toplam = -1 -1 3 -1

HiperLAN



HiperLAN, ETSI tarafından tanımlanmış, OFDM kodlama/modülasyon yöntemi kullanılan, 5 GHz bandında çalışan kablosuz LAN standardıdır.

 İki uyarlaması vardır:

o HiperLAN/1

• Brütaktarım hızı 23.4 Mbps

o HiperLAN/2

• Brütaktarım hızı 54 Mbps

Bluetooth

 Bluetooth yakın mesafe kablosuz iletim ortamı sunan bir standarttır.

 Bluetooth noktadan noktaya bağlantı sağlayan bir arayüz olarak düşünülebilir.

 Bluetooth özelliği olan cihazlar yakın mesafede biraraya gelerek ‘Piconet’ olarak adlandırılan minicik ağ oluştururlar.

 Bir Bluetooth ‘piconet’ içerisinde, aynı anda sekize kadar cihaz aktif olabilir.

Bluetooth

 Kapsama alanı genişletmek amacıyla ‘Piconet’ ler birbirine

bağlanarak ‘Scatternet’ ler oluşturabilir.

Wimax (Wordwide Interoperability for Microwave Access)

 Wimax, mobil uzak bağlantı hizmeti veren ve hücresel erişime dayalı bir telekomünikasyon standardıdır.

 Uzak mesafelerde noktadan-noktaya bağlantı düzeyinde erişim yapılmasına imkan verir.

 50 km çapındaki bir alanda 70 Mbps hızında kablosuz internet erişimi sağlayan kablosuz bir teknolojidir.

 WiMax IEEE 802.16 standardını kullanıyor.

 Geniş bant haberleşme sistemlerinin kurulum maliyetinin yüksekliği nedeniyle ulaşamadığı kırsal bölgelerde ve haberleşme konusunda yeterli hizmeti alamayan alanlarda, WIMAX teknolojisi alternatif oluyor.

 Uzun menzilli ve yüksek bant genişliğine sahip kablosuz internet erişimi sağlayan WIMAX kullanıcılara ve operatörlere hız ve maliyet yönünden değerlendirilmesi

WAN Teknolojileri ve Standartları

WAN Teknolojilerinin Sınıflanması

 Bağlantı durumuna

o Noktadan-noktaya o Bulut Teknolojisi

 Anahtarlama Yöntemine

o Devre anahtarlama o Paket anahtarlama o Hücre anahtarlama

 Topolojik yapısına göre

o Hiyerarşik topoloji o Örgü topolojisi

Bağlantı Durumuna göre

Noktadan-Noktaya (Point-to-point) Bağlantı

 İki düğüm arasında özel bir hattın/yolun olması gerekir.

 Düğüm eklendikçe doğrudan bağlantı sayısı artar.

 Bağlantı sayısı Σ(n-1) formülünden bulunur.

o Örnek: 5 bilgisayar için 10 hat gereklidir.

 Olumsuz yönü maliyet yüksektir.

Bağlantı Durumuna göre

Bulut Teknolojisi (Cloud Technology)

 Bağlantıya yöneliktir, yani iletişimden önce karşı sistemle bağlantı kurulur ve aktarım bittiğinde sonlandırılır.

o Örnek : Kablolu telefon şebekesi. Bu teknolojiye örnek olarak X.25, ISDN, FR, SMDS verilebilir.

 Ağı oluşturan bir omurga vardır; o omurgaya en yakın yerden bağlanılabilir.

 Düğümler birbirine doğrudan bağlanmazlar; oluşturulmuş buluta bağlanır.

Bulut Teknolojisi (Cloud Technology)

 Tek bir hat ile bulut içerisindeki diğer düğümlere erişme şansı olur.

 Bu teknolojide, bulut hizmet veren durumdadır ve her bulut teknolojisi kendisine has kullanıcı ve ağ ara yüzüne sahiptir.

 Örnek: X.25 bulutuna X.25 arayüzüne, ISDN bulutuna ISDN arayüzüne vb. sahip ağ cihazları aracılığıyla bağlanılır.

 Her bir farklı topolojiye sahip bulutlar arasına geçityolu koyularak iletişim sağlanabilir.

Bulut Teknolojisinin Olumlu Yanları

 Hattın band genişliği tüm kullanıcılar tarafından dinamik olarak paylaşılabilir.

 Birden çok yere bağlantı için yalnızca bir cihaz yeterlidir.

 Fiziksel ortam maliyeti oldukça azalır.

 Ağ yöneticisi, WAN bağlantısı için birden çok cihazla uğraşması

gerekmez, yönetimi kolay olur.

Anahtarlama Yöntemine Göre

Devre Anahtarlama (Circuit Switching)

 İletişimde bulunacak iki uç düğüm arasında aktarım işlemine geçmeden önce uçtan uca bir yol belirlenmesi ve daha sonra aktarımın o yol üzerinden yapılması kuralına dayanır.

 İki düğüm arasında bağlantı kurulurken, ağ içindeki birden çok anahtar cihaz üzerinden geçilir ve iki düğüm arasında birden çok yol varsa o an için en uygun olanı seçilir.

Anahtarlama Yöntemine Göre

 Avantaj: Var olan bir hat ile ağ içinde istenilen bir yere bağlantı yapılması ve aktarım işi bitince bağlantının koparılarak başka yerlere bağlantı

yapılabilmesidir.

o Örnek : zamana duyarlı gerçek zaman uygulamalar.

 Avantajı: Veri paketleri üzerine çok uzun olan alıcı ve gönderici adreslerinin yazılmasına gerek yoktur. Böylece hattın gerçek band genişliği korunur.

 Dezavantaj: Bu yöntemin uygun olmadığı uygulamalar, aktarım süresinin

bağlantı süresinden kısa olduğu ve trafik yoğunluğu ani değişen uygulamalardır.

o Örnek: LAN’ ların birbirine devre anahtarlamalı bağlanması

Anahtarlama Yöntemine Göre

 Devre anahtarlamalı ağda toplam iletişim süresi, bağlantının kurulması için geçen süre (bs) ve aktarım için geçen sürenin (as) toplamından oluşur.

o İs=bs+as

 Eğer bağlantı süresi aktarım süresinden çok uzun ise toplam süreyi daha çok bağlantı süresi belirler.

 Dezavantaj : Aktarım süresinin bağlantı süresinden az olduğu uygulamalar devre anahtarlamalı ağların verimsiz kullanılmasına neden olur.

o Örnek: kıtalar arası ve uluslar arası bağlantı

Anahtarlama Yöntemine Göre

Paket Anahtarlama (Packet Switching)

 LAN ve WAN’ lar da kullanılan en yaygın kullanılan anahtarlama yöntemidir.

 Paket anahtarlama işlemi WAN bağlantılarında paket yönlendirme, LAN tarafında ise sistemler arasında paket aktarımı olarak anılır.

 Karşı sisteme gönderilecek veri belirli uzunlukta parçalara ayrılır ve her parçanın önüne alıcı ve gönderici adreslerini içeren başlık koyularak ağa çıkartılır.

Anahtarlama Yöntemine Göre



Parçalanıp paketler içerisine konulan veri, alıcı tarafta doğru olarak yeniden elde edilmelidir. Bu nedenle bir paket kendisinden öncekiler gelmeden alıcıya ulaşırsa, cihazın ara belleğinde tutularak kendisinden öncekilerin gelmesi için bekletilir.



Paket anahtarlamalı ağda tek bir hat birden çok kullanıcı tarafından kullanılabilir, aynı veriye ait olsa bile paketler birbirinden bağımsız olarak yola çıkar.



IP ve IPX gibi protokoller paket anahtarlamaya dayanır.



Paketler uç sistemlerin sahip olduğu bağlantının band genişliği ve hızı

oranında ilerler.

Anahtarlama Yöntemine Göre

Hücre Anahtarlama (Cell Switching)

 Düğümler arasında sanal bir bağlantı kurulur. Aktarım için Hücre (cell) denilen sabit ve kısa veri paketleri kullanılır.

 Hücrelerin üzerine alıcı ve gönderici adresleri yazılmaz. Ancak hücrelere bağlantı süresince sanal yolun numarası yazılır

 Devre anahtarlamaya göre daha hızlı ve farklı sayıdaki portu kullanan cihazları destekler.

 Paket anahtarlamadaki gibi paketlerin sıraya konması için büyük buffer

gerekmez. Alıcı ve verici adresi kullanılmadığı için veri iletişimi daha hızlıdır.

 Örnek: ATM

 Bir hücrenin kendisinden önce gönderilen bir hücreden daha çabuk gitme olasılığı yoktur.

Topolojik Yapısına Göre

Hiyerarşik Topoloji

 Cihazlar sorumluluk ve

işlevlerine göre sıralanarak ağaç yapısı oluştururlar.

 Ağacın kökünde

sorumluluğu ve anahtarlama kapasitesi en yüksek olan cihaz, yapraklarda ise

sorumluluğu en düşük

cihazlar bulunur.

Topolojik Yapısına Göre

Hiyerarşik Topoloji

 Olumsuz yanı: Merkez veya ara düğümlerden biri bozulunca

düğümün iki yanında kalan kısımlar arasında iletişim kopmasıdır.

Topolojik Yapısına Göre

Hiyerarşik Topolojiye sahip ağların olumlu yanları:

 Ağ yönetimi daha kolay olur.

 Ağ cihazlarının en verimli şekilde nasıl kullanılabileceği öngörülebilir.

 Cihazların port band genişlikleri etkin şekilde paylaşılabilir.

 Aynı ara düğüme bağlı yaprak düğümler arasındaki trafik,

hiyerarşisinin üst kademesine meşgul etmez.

Topolojik Yapısına Göre

Örgü/ Kafes Topolojisi



Örgü topolojide cihazların dağılımı ve birbirlerine bağlanmalarında bir organizasyon veya geometrik bir desen görülmez.



Örgü topolojide cihazların coğrafi dağılımı ve birbirlerine bağlantısı örgünün yapısını açıklayan tek unsurdur.

Olumlu yanı

ağ üzerinde bir ara

bağlantının kopması

iletişim yapılmasını

engellemez.