Mestrado em Engenharia Electrotécnica e Computadores 2007/2008 Computação Móvel 1ºExame 1 a parte 20 de Junho de 2008 Duração 1h15

Transcrição

1 Mestrado em Engenharia Electrotécnica e Computadores 007/008 Computação Móvel 1ºExame 1 a parte 0 de Junho de 008 Duração 1h15 Para evitar erros de correcção, responda a cada uma das perguntas no início de uma página e por ordem. 1. Indique as principais vantagens e desvantagens das várias técnicas de multiplexagem que existem (SDMA, TDMA, FDMA, CDMA) ( val) Approach SDMA TDMA FDMA CDMA Idea segment space into cells/sectors Terminals Signal separation Advantages Disadvantages Comment only one terminal can be active in one cell/one sector cell structure, directed antennas very simple, increases capacity per km² inflexible, antennas typically fixed only in combination with TDMA, FDMA or CDMA useful segment sending time into disjoint time-slots, demand driven or fixed patterns all terminals are active for short periods of time on the same frequency synchronization in the time domain established, fully digital, flexible guard space needed (multipath propagation), synchronization difficult standard in fixed networks, together with FDMA/SDMA used in many mobile networks segment the frequency band into disjoint sub-bands every terminal has its own frequency, uninterrupted filtering in the frequency domain simple, established, robust inflexible, frequencies are a scarce resource typically combined with TDMA (frequency hopping patterns) and SDMA (frequency reuse) spread the spectrum using orthogonal codes all terminals can be active at the same place at the same moment, uninterrupted code plus special receivers flexible, less frequency planning needed, soft handover complex receivers, needs more complicated power control for senders still faces some problems, higher complexity, lowered expectations; will be integrated with TDMA/FDMA. Numa rede móvel CDMA com 8 símbolos/bit, foi recebida na base a sequência +, 0, -, 0, 0, +, 0, -. Sabendo que as estações A, B e C têm chaves Ak = 10, Bk = 0011 e Ck = , indique que informação (0, 1 ou nula) é cada uma das estações enviou. (3 val) - Estação A: Ak = 10 = (-1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1) Ad = S*Ak = (+, 0, -, 0, 0, +, 0, -) * (-1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1) = = -8 < Estação B: Bk = 0011= (1,-1,1,1,-1,-1,1,-1) Bd = S*Bk = (+, 0, -, 0, 0, +, 0, -) * (1,-1,1,1,-1,-1,1,-1) = = 0 ruído

2 - Estação C: Ck = = (1,-1, -1, -1, 1, 1, 1, -1) Cd = S*Ck = (+, 0, -, 0, 0, +, 0, -) * (1,-1, -1, -1, 1, 1, 1, -1) = = 8 > Faça um diagrama de mensagens na seguinte rede adhoc quando o nó A quer enviar um pacote de dados para o nó D, usando o protocolo AODV e em que cada nó só está ao alcance directo do nó consecutivo e tem conhecimento prévio acerca dos seus vizinhos directos. (3 val.) A B C D Parâmetros das mensagens RREQ (broadcast): Destination IP, Originator, count A B C D 1 RREQ(D,A,0) RREQ(D,A,1) RREP A(D,A,) RREP B(D,A,1) 3 B(D,A,3) C (D,A,) D (D,A,1) 4 4. Para a rede anterior desenhe as tabelas de routing existentes em cada nó no fim da transmissão do pacote de A para D. (,5 val) Des Next count Des Next count 1 B B 1 A A 1 B B 1 C C 1 C C 1 D D 1 A B 3 D B 3 D C 4 A C 3 Des Next count Des Next count 5. Compare os protocolos DSDV, AODV e DSR quanto às suas vantagens e desvantagens. ( val). O DSDV é um protocolo proactivo. Quer o AODV (que descende do DSDV) quer o DSR são protocolos reactivos. DSDV AODV DSR Vantagens - Menor latência no envio de - Apenas gera pacotes de controlo (descoberta de - Apenas gera pacotes de controlo (descoberta de

3 dados. Desvantagens - Desperdício relativo à difusão de mensagens de actualização de rotas (energia e débito), mesmo quando não há dados a ser transmitidos. - Mantém tabelas de encaminhamento em cada nó (+memória). rotas) quando há dados para transmitir. - Maior latência no envio de dados quando a rota até ao destino ainda não está estabelecida. - Mantém tabelas de encaminhamento em cada nó (+memória). rotas) quando há dados para transmitir. - Não necessita de manter tabelas de encaminhamento em cada nó (-memória). - Maior latência no envio de dados quando a rota até ao destino ainda não está estabelecida. - Desperdício devido à inclusão da rota até ao destino no cabeçalho dos pacotes de dados. 6. Considere um emissor IEEE 80.11b a transmitir com potência de mw ao ritmo de 1 Mbps (modulação DBPSK), a um receptor com sensibilidade -94 dbm para esse débito. Quer o emissor quer o receptor estão equipados com antenas omnidireccionais. a. Sabendo que a potência interferente é de -90 dbm, e considerando o modelo de propagação em espaço livre, calcule a probabilidade de erro de bit para as seguintes distâncias entre emissor e receptor: 500 m e alcance máximo de transmissão (teórico). Nota: considere que a probabilidade de erro de bit para o ritmo de transmissão de 1 Mbps em IEEE pode ser aproximada pela seguinte expressão: P r Pi 1 BER DBPSK e, em que P r é a potência do sinal recebido e P i é a potência do sinal interferente, ambas em unidades lineares. (4 val) Na distância máxima de transmissão teórica, a potência do sinal recebido corresponde à sensibilidade do receptor. Assim, temos: BER DBPSK 1 ( D max) e Para a distância de 500 m, é necessário calcular primeiro a potência recebida. P P ( log( F r t dBm MHz) + 0log( DKm log() (3.4 0log(400) 0(0.5)) 0 0 Calculando o BER: BER DBPSK 1 (500m) e )) G G t r

4 b. Calcule o débito médio conseguido pela camada acima da camada MAC da norma IEEE 80.11b a 11 Mbps, considerando pacotes de dados de 500 octetos e que a probabilidade de perda das tramas de dados é de 1% (nota: ignore as perdas de outros tipo de tramas que não as de dados). SIFS=16us, DIFS=34us, PHh=96us, MACh=34bytes, Backoff-médio=67us, RTS=CTS=ACK=15us, ACK Timeout=300 us (3,5 val) Para calcular o débito médio, há que ter em conta duas situações possíveis: pacote de dados transmitido com sucesso (probabilidade 1-p=99%) ou pacote de dados transmitido com erros (probabilidade p=1%). Assim, em cada 0 pacotes transmitidos, 99 são bem sucedidos e 1 é perdido. Assim, temos: nº médio de bits transmitidos com sucesso Throughput tempo médio de cada tentativa de transmissão (34 500) 8 (34 500) Mbps

5 Licenciatura/Mestrado em Engenharia Electrotécnica e Computadores 007/008 Computação Móvel 1º Exame a parte 0 de Junho de 006 Duração 1h15 Para facilitar a correcção comece a resposta a cada uma das perguntas no início de uma página. 1. Indique os modos de acesso (SDMA, TDMA, FDMA, CDMA) e modos de multiplexagem (FDD, TDD) utilizados em cada uma das tecnologias de redes sem fios: GSM, UMTS, CDMA450, DECT e TETRA. (,5 val) GSM: FDMA, TDMA, FDD UMTS: CDMA, FDD, TDD DECT: TDMA, FDMA, TDD TETRA: TDMA, FDMA, FDD CDMA450: CDMA, FDD, TDD. Os códigos designados Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) são utilizados na rede de acesso rádio UMTS. Explique como são obtidos e compare o seu uso nas interfaces UTRA- FDD e UTRA-TDD. (3,5 val). Partindo da sequência base X, obtém-se um código OVSF juntando à sequência original ela própria ( X ) e o complemento ( -X ), e assim sucessivamente, tomando os respectivos resultados como novas sequências base. Desta forma consegue-se obter sequências de código com diferentes factores de espalhamento (SF Spreading Factor), e que podem ser utilizados em suimultâneo desde que as sequências não descendam uma da outra. X SF=n 1,1,1,1,1,1,1,1 1,1,1,1 1,1 1,1,1,1,-1,-1,-1,-1 1,1,-1,-1,1,1,-1,-1 X,X 1,1,-1,-1 1,1,-1,-1,-1,-1,1,1 1 1,-1,1,-1,1,-1,1,-1 X,-X 1,-1,1,-1 1,-1,1,-1,-1,1,-1,1 SF=n 1,-1 1,-1,-1,1,1,-1,-1,1 1,-1,-1,1 1,-1,-1,1,-1,1,1, SF=1 SF= SF=4 SF=8 - UTRA-FDD: Separar fluxos de diferentes ritmos do mesmo utilizador, antes do scrambling que permite separar diferentes utilizadores. - UTRA-TDD: Separar fluxos de utilizadores diferentes na mesma célula. 3. Exemplifique com um diagrama de mensagens o funcionamento do mecanismo de mudança de FA (Foreign Agent) do MIP quando um terminal móvel muda de subrede. (3 val)

6 CN HA FA old FA new MN Update ACK Warning Update ACK Registration MN changes location Request Update ACK B. - Binding t 4. As tecnologias UMTS e DAB apresentam diferentes características em termos de banda de frequência de trabalho, largura de banda ocupada, débito (por utilizador ou partilhado), suporte de mobilidade, cobertura e custo de cobertura para uma área ampla (p.ex. Portugal). Indique as vantagens advêm da integração das duas tecnologias, indicando sucintamente a forma como essa integração pode ser realizada. (3 val) O esquema seguinte demonstra como os serviços de uma rede UMTS ou GPRS podem ser integrados com serviços DAB ou DVB-T. A rede UMTS/GPRS oferece suporte à interactividade, permitindo o envio de tráfego de controlo/dados do utilizador para a rede (e.g., pedidos de acesso a servidores WWW), permitindo enviar dados de baixo débito no sentido inverso. Para acesso interactivo a conteúdos que exijam maior débito (e.g., multimédia), os dados podem ser transmitidos ao utilizador pela rede DAB, utilizando a capacidade não utilizada pelos serviços de difusão. 5. Considere um sistema de comunicação via satélite GEO. a. Calcule a área física da antena de um receptor de satélite considerando que aquela tem uma eficiência de 50%, a potência de transmissão do satélite é 30 dbm, o

7 footprint do satélite é Km, a atenuação atmosférica é 8 db e a potência recebida é -90 dbm. ( 3 val) Nota1: Pr = Pt Log( Footprint / Ae) At. Nota: Para o caso de necessitar de calcular a distância do satélite à superfície terrestre, pode fazer uso das fórmulas respeitantes às forças centrípeta/gravítica e centrífuga, respectivamente F g =m*g*(r/r) e F c =m*r*, em que m é a massa do satélite, R=6370 km é o raio da Terra, r é a distância do satélite ao centro da Terra, g=9.81 m/s é a aceleração da gravidade e é a velocidade angular do satélite. Os satélites GEO orbitam em volta da Terra a uma altitude de aproximadamente km (este valor pode ser facilmente obtido calculando igualando F g e F c para obter r, subtraindo então R a r para obter a distância entre o satélite e a superfície terrestre. Para obter a área efectiva da antena (Ae), utiliza-se a equação: Pr = Pt Log( footprint / Ae) At Em que Pr é a potência recebida, Pt é a potência transmitida e At é a atenuação introduzida pela atmosfera. Fazendo Pr=-90 dbm, At=8 db, e resolvendo em relação a Footprint Ae. Ae, obtém-se.5 m PtPr At Para obter a área física, utiliza-se: Ae = Aphysical * Em que é a eficiência da antena. Temos então: Aphysical Ae / 5.04 m b. Calcule o ângulo de divergência da antena utilizada. ( val) A divergência (Div) pode ser calculada com base na seguinte equação: Div (miliradianos) * Distância (km) = Spot Size (m) O Spot Size corresponde ao diâmetro do spot, e pode ser obtido a partir da respectiva área (footprint) da seguinte forma: Spot _ Size Temos assim: Div Footprint m / mrad 1.136º c. Considere que uma conexão TCP é encaminhada através do satélite. Calcule o débito máximo da conexão TCP, considerando MSS=500 bytes, que o RTT parcial respeitante aos troços de rede terrestre é de ms e que a probabilidade de perda de pacote é p= -4. Nota: BW=(0.93*MSS)/(RTT*Sqr(p)). (3 val) Para calcular o débito máximo TCP, há que calcular o RTT total, contando quer com os troços terrestres, quer com o encaminhamento através do satélite. No caminho de ida e volta entre cliente e servidor, o sinal tem de percorrer 4 vezes a distância entre a superfície terrestre e o satélite. Para calcular o RTT total considerando a altitude de um satélite GEO, temos então:

8 RTT s c Em que c é a velocidade da luz. O débito máximo é então: BW kbit/s