PAN – Personal Area Network

Esitys aiheesta: "PAN – Personal Area Network"— Esityksen transkriptio:

1 PAN – Personal Area Network
Salla Brunou, tite 5 Lähiverkot –erikoistyökurssi

2 Sisältö Panin käsite Hajaverkkojen optimointi
PANin ja kenttäväyläjärjestelmien yhteen sovittaminen Ihmiskeho siirtotienä

3 PAN vai WPAN PAN-termiä käytetty hieman epämääräisesti
Määritelmät vuonna 2000: ”PAN-verkko muodostuu henkilön tai esineen ympärille n. 10 metrin säteellä, ja verkkoon voi kuulua kaksi tai enemmän muita ihmisiä tai esineitä, jotka voivat olla liikkeessä tai paikallaan.” ”WPAN-verkko on langaton ad hoc –verkko, joka mahdollistaa itsenäisten laitteiden kommunikoinnin keskenään.”

4 PAN vai WPAN PAN-termi vakiintunut
Käytännön tausta: mukana kannettavien, henkilökohtaisten elektronisten laitteiden yleistyminen Kännykkä, kannettava tietokone, PDA, mp3-soittimet… Kuluttajat haluavat verkkoyhteyteen näillä laitteilla

5 PAN-verkko  PAN-verkossa oleellista alhainen virrankulutus
(Muuten laitteista koko ajan akku lopussa) PAN-teknologioita Bluetooth (+ HomeRF, IrDA) Muut mahdollisuudet

6 PANin ja WLANin erot ”Muodostanko PAN-verkon, jos olen kannettavalla tietokoneella yhteydessä WLAN-verkkoon?” Et  WLAN-standardi IEEE ja WPAN-standardi eroavat toisistaan perustuen juuri virrankulutuksen eroihin WLAN-verkko nähdään enemmän kiinteän verkon täydentäjänä

7 PAN-standardointi Bluetooth julkaistiin 1994  suosio loi tarvetta IEEE-standardoinnille WPAN-standardi julkaistiin kesäkuussa 2002 Perustuu vahvasti Bluetoothiin Käsittelee langattoman MAC-kerroksen ja fyysisen kerroksen määrittelyä WPANille

8 PAN-standardointi Täydentäviä standardeja vuonna 2003
käsittelee WPANin ja muiden langattomien laitteiden yhteensopivuutta lisensoimattomilla taajuuksilla määrittelee langattoman MAC-kerroksen ja fyysisen kerroksen toimintaa korkeiden nopeuksien WPANeissa (high rate wireless personal area networks, HR-WPANs) määrittelee vastaavat asiat hitaiden nopeuksien WPANissa (low-rate wireless personal area networks, LR-WPANs).

9 Standardointi ja tutkimuslähteet
Marraskuussa 2004 Bluetoothista julkaistiin uusin versio (Bluetooth Core Specification Version Enhanced Data Rate) Seminaarityössä esittelemäni tutkimukset kuitenkin tätä vanhempia  tieteellinen tutkimus aina himpun verran jälkijunassa tekniseen kehitykseen verrattuna

10 PAN-tutkimus Esittelyssä kolme erilaista PANiin liittyvää tutkimusta vuosilta 2003 ja 2004 Voidaan tarkastella myös käytännönläheisyys–utopia –akselilla Millaisessa vaiheessa PANin kehitys on? Millaisia käytännön sovelluksia voidaan odottaa tulevaksi?

11 Hajaverkkojen optimointi – SHAPER-algoritmi
“Optimized Scatternet Topologies for Personal Area Networking in Dynamic Environments.” Rooman yliopisto, kesäkuu 2004 Bluetooth sopiva metodi kytkemään PAN-verkot kiinteisiin verkkoihin ja muihin laitteisiin Hajaverkkojen muodostamisessa haasteita

12 Pikoverkot ja hajaverkko

13 Mitä hajaverkon tulee osata?
Multi-hop-verkossa toimiminen verkon solmut saattavat olla yhteydessä toisiin solmuihin yhden tai useamman linkin välityksellä sen sijaan että ne välttämättä olisivat suorassa yhteydessä toisiinsa. Verkon itsekorjautuvuuden takaaminen verkkoon liittyy ja siitä poistuu koko ajan solmuja Hallinnassa tulee olla uusien solmujen liittyminen verkkoon ja verkon solmujen liikkuvuus, yhteyden katkeaminen ja verkosta poistuminen. Rajoitettu aika verkon muodostamiseen Optimaalisen topologian saavuttaminen

14 SHAPER-OPT -proseduuri
SHAPER-algoritmi muodostaa dynaamisesti puumallin hajaverkkoja DSOA (Distributed Scatternet Optimization Algorithm )-proseduuri käy puun solmuja toistuvasti läpi ja tarkastaa, mihin verkkoon ne haluavat kuulua ja onko niiden rooli master vai slave Lopuksi verkko muodostetaan uudelleen, mikäli tarpeen

15 SHAPER-OPT -proseduuri

16 SHAPER-OPT -proseduuri
Testattu performanssianalyysillä ja simulaatiolla Yhdistää mesh- ja puutopologioiden ominaisuuksia Kaksi topologiaa yhtä aikaa: fyysinen (MT) ja looginen (LT) Ryhmän väitteenä, että SHAPER-OPT ensimmäinen algoritmi, joka täyttää kaikki alussa mainitut kriteerit

17 PANin ja kenttäväyläjärjestelmien yhdistäminen
"Linking Control Networks and Wireless Personal Area Networks." Wienin yliopisto, syyskuu 2003 Kenttäväyläjärjestelmät (fieldbus systems) ovat teollisuusauto-maatiossa ja rakennustekniikassa käytettyjä yksinkertaisia protokollia

18 PANin ja kenttäväyläjärjestelmien yhdistäminen
Tavoitteena käytännön sovelluksia, esim. rakennuksessa liikkuja voi säädellä lämpötilaa henkilökohtaisten mieltymystensä mukaan PAN-verkon kautta pääsy rakennuksen kontrollijärjestelmään Tutkimuksessa toteutettiin esim. lukitun oven avaaminen kännykän PIN-koodin perusteella

19 Käytännön haasteita PAN- ja kenttäväyläjärjestelmät eroavat toisistaan huomattavasti Edellisessä vain ISO/OSI –kerrosmallin alimmat kerrokset määritelty Jälkimmäisessä yleensä täysin määritelty protokolla Ratkaisuna access pointit (saantipisteet)

20 Arkkitehtuuritason yhdistäminen
PANista kenttäväylään Kenttäväylältä PANiin PANista PANiin Kenttäväylältä kenttäväylälle (absurdi ajatus, koska piuha väliin ajaisi saman asian)

21 Access point -arkkitehtuuri
Kolme vastuualuetta: PANin esittäminen virtuaalisina kenttäväyläobjekteina Kenttäväylän esittäminen PANille saatavissa olevana datana Datan tunneloiminen PANilta PANille Kaksi ensimmäistä tehtävää olisi toteutettavissa sovellustason yhdyskäytävillä. Kuinka löytää saatavilla olevat palvelut ja solmut ja kuinka abstraktoida data ja palvelut?

22 Access point -arkkitehtuuri
FSDP =fieldbus service discovery protocol , WSDP = WPAN service discovery protocol FSDP WSDP Fieldbus Stack WPAN F-W application Gateway W-W Tunneling W-F application Gateway

23 Access point -arkkitehtuuri
Naamioidaan toisen osapuolen palvelut toiselle tunnistettaviksi PAN to Fieldbus services S = Temp Sensor Ph = Location Info AP FB S Service Registration Service Delivery (Mobile) phone

24 Haasteita Kenttäväyläjärjestelmä lähettää tietoa PANille, tutkimusryhmä testasi PDA-laitteen kanssa Tutkimusryhmän haaste: kuinka PDA ymmärtäisi saamaansa tietoa? Ratkaisuksi ehdotettiin Javaa tukeva verkkoselain ja Java-appleteja Päätettiin tehdä jatkotutkimus aiheesta

25 Profilointi Kahden järjestelmän välisessä kommunikoinnissa oleellista profiloida tarjolla olevat palvelut kunnolla Access point rekisteröi lähettyvillä olevat PAN-verkon solmut ja tunnistaa niiden palvelut Välittää saamansa tiedot kenttäväyläjärjestelmän solmuille Tunnistamattomille palveluille yleinen standardiprofiili

26 Tutkimuksen tulokset Tutkimusryhmä keskittyy jatkotutkimuksiin ja arvioi tämänkaltaisille palveluille olevan tilausta Missä määrin realistista? Tietoturva heikko kohta: kenttäväyläjärjestelmien tietoturva ollut käytännön syistä alhainen, langaton siirtotie altis hyökkäyksille

27 Ihmiskeho siirtotienä
"Development of wearable intra-body communication devices“ Tokion yliopisto, kesäkuu 2003 Signaalin siirtäminen ihmiskehon läpi, eroavaisuus ilmassa siirtämiseen verrattuna

28 Sovellusmahdollisuudet
Lääketieteelliset sovellukset, esimerkiksi kehon rasvan mittaaminen Musiikkipalvelut Ei eritelty tarkemmin Ensimmäiset testit analogisille signaalille

29 Keho aaltojohteena Päätteeltä syötetään elektromagneettinen aalto

30 Funktiogeneraattorilla 0,5 – 50 MHz siniaaltoja
2 – 20 MHz taajuuksilla keho ilmaa parempi siirtotie

31 Testaus Kehon etäisyys maasta ja kehon liikkeet, esimerkiksi käsivarren heilutus, eivät juuri vaikuttaneet tuloksiin Kokeissa siirrettiin matalataajuuksista analogista dataa Ääni, sensorien signaalit, sydämen syke FM-piirit testausvälineinä

32 Sydämen syke -testi Syke absorboitiin kiihtyvyysmittarilla
sydämen päältä Syöte ja ulostulo identtiset

33 Häiriöiden vaikutus Ero ilmaan, kun taustalla voimakas häiriöääni

34 Jatkotutkimukset Ulkoisten olosuhteiden vaikutus
EMG-tutkimus, elektromagneettisen induktion vaikutus Oletuksena se, että tuloksia voitaisiin soveltaa kulutuselektroniikkaan

35 Yhteenveto PAN-tutkimuksia tehty monelta eri kantilta – aika näyttää mistä löytyvät käytännön sovellukset Mukana kannettavien henkilökohtaisten elektronisten laitteiden suosio tuskin laskee Ihmiset tottuneet verkkopalveluihin ja haluavat niitä lisää  PANin kannalta myönteistä

36 Lähteet        "Bluetooth: An Enabler for Personal Area Networking."  Per Johansson, Manthos Kazantzidis, Rohit Kapoor, Mario Gerla. IEEE Network, Sept/Oct 2001, Vol. 15, Issue 5.        "Development of wearable intra-body communication devices." Keisuke Hachisuka,  Azusa Nakata, Teruhito Takeda,  Kenji Shiba, Ken Sasaki, Hiroshi Hosaka, Kiyoshi Itao. Transducers, Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, 12th International Conference. Vol. 2, June       "Linking Control Networks and Wireless Personal Area Networks." Stefan Mahlknecht, Peter Palensky. IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation. Vol. 1, Sept 2003. “Optimized Scatternet Topologies for Personal Area Networking in Dynamic Environments.” Francesca Cuomo, Guido Di Bacco, Tommaso Melodia. IEEE International Conference on Communications. Vol. 6, 20-24, June 2004. “What is Bluetooth?” Patricia McDermott-Wells, IEEE Potentials, Vol. 23, Issue 5, Dec 2004 – Jan 2005. 6.         "WPAN Scheme for Blue-tooth Devices: A review." Ashvini Chaturvedi, M.B.R. Murthy. 4th National Conference on Telecommunication Technology Proceedings, Shah Alam, Malaysia. Jan 2003. 7. ”Wireless Personal Area Networks: An Overview of the IEEE P Working Group.” Richard C. Braceley, Ian C. Gifford, Robert F. Heile. Mobile Computing and Communications Review, Vol. 4, Number 1, Jan 2000.