Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Bezprzewodowe sieci teleinformatyczne
Tok studiów:
2014/2015
Kod:
ITE-1-601-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Teleinformatyka
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż. Natkaniec Marek (natkanie@kt.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Natkaniec Marek (natkanie@kt.agh.edu.pl)
mgr inż. Prasnal Łukasz (prasnal@kt.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Moduł pozwala na dogłębne zrozumienie architektury, sposobu działania protokołów, realizowanych funkcji w modelu warstwowym oraz wydajności pracy bezprzewodowych sieci teleinformatycznych.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student zna i rozumie zadania i funkcje warstwy fizycznej i łącza danych dla bezprzewodowych sieci teleinformatycznych. TE1A_W09 Egzamin,
Kolokwium
M_W002 Student orientuje się w kierunkach rozwoju bezprzewodowych sieci teleinformatycznych. TE1A_W21 Egzamin
M_W003 Student ma ugruntowaną i uporządkowaną wiedzę z budowy i organizacji bezprzewodowych sieci teleinformatycznych, urządzeń wchodzących w ich skład oraz mechanizmów i zależności pomiędzy poszczególnymi elementami sieci. TE1A_W09 Egzamin,
Kolokwium
M_W004 Student ma uporządkowaną wiedzę z zakresu pracy bezprzewodowych sieci lokalnych i osobistych, ich organizacji, sposobów przesyłania danych oraz stosowanych w tych sieciach protokołów i mechanizmów. TE1A_W17, TE1A_W19, TE1A_W09 Egzamin,
Kolokwium
M_W005 Student dysponuje wiedzą na temat aktualnych rozwiązań i standardów IEEE 802.11 i IEEE 802.15. TE1A_W09 Egzamin
Umiejętności
M_U001 Student umie testować, wykrywać i naprawiać błędy konfiguracyjne sieci. TE1A_U17, TE1A_U11, TE1A_U18, TE1A_U16, TE1A_U15 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
M_U002 Student umie skonfigurować urządzenia bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takie jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. TE1A_U11, TE1A_U20 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
M_U003 Student umie zoptymalizować pracę urządzeń bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takich jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. TE1A_U14, TE1A_U17, TE1A_U16, TE1A_U15 Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Student umie połączyć ze sobą urządzenia bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takie jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. TE1A_U11, TE1A_U20 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
M_U005 Student umie przebadać urządzenia bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takie jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. TE1A_U18, TE1A_U16 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie projektu
M_U006 Student potrafi ocenić wydajność pracy urządzeń sieciowych różnych standardów współdzielących to samo pasmo częstotliwości. TE1A_U14, TE1A_U17, TE1A_U11, TE1A_U16 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U007 Student potrafi zidentyfikować problem anomalii przepływności dla sieci WLAN. TE1A_U14, TE1A_U17, TE1A_U11, TE1A_U16, TE1A_U10 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U008 Student potrafi utworzyć i skonfigurować wirtualną sieć WLAN. TE1A_U14, TE1A_U11, TE1A_U10, TE1A_U12 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U009 Student potrafi ocenić poziom bezpieczeństwa sieci bezprzewodowej przy użyciu różnych algorytmów szyfrujących oraz zabezpieczyć sieć przed wybranymi zagrożeniami i atakami. TE1A_U11, TE1A_U12 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U010 Student potrafi przechwycić ramki warstwy MAC sieci bezprzewodowej oraz zidentyfikować ich funkcje. TE1A_U17, TE1A_U11, TE1A_U18, TE1A_U16 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U011 Student potrafi rozszerzyć zasięg działania sieci bezprzewodowej. TE1A_U11, TE1A_U10 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi samodzielnie i w grupie rozpatrzyć nowe problemy, zidentyfikowane w trakcie ćwiczenia i podjąć działania w celu ich rozwiązania. Potrafi zgłosić problemy oraz ukończenie zadania. TE1A_K05, TE1A_K03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 Potrafi efektywnie współpracować w małym (dwu-, trzyosobowym) zespole, rozwiązującym w ramach ćwiczeń laboratoryjnych problemy dotyczące wybranych elementów składających się na infrastrukturę bezprzewodowej sieci teleinformatycznej. TE1A_K03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student zna i rozumie zadania i funkcje warstwy fizycznej i łącza danych dla bezprzewodowych sieci teleinformatycznych. + - + - - - - - - - -
M_W002 Student orientuje się w kierunkach rozwoju bezprzewodowych sieci teleinformatycznych. + - - - - - - - - - -
M_W003 Student ma ugruntowaną i uporządkowaną wiedzę z budowy i organizacji bezprzewodowych sieci teleinformatycznych, urządzeń wchodzących w ich skład oraz mechanizmów i zależności pomiędzy poszczególnymi elementami sieci. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student ma uporządkowaną wiedzę z zakresu pracy bezprzewodowych sieci lokalnych i osobistych, ich organizacji, sposobów przesyłania danych oraz stosowanych w tych sieciach protokołów i mechanizmów. + - + - - - - - - - -
M_W005 Student dysponuje wiedzą na temat aktualnych rozwiązań i standardów IEEE 802.11 i IEEE 802.15. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student umie testować, wykrywać i naprawiać błędy konfiguracyjne sieci. - - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie skonfigurować urządzenia bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takie jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. - - + - - - - - - - -
M_U003 Student umie zoptymalizować pracę urządzeń bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takich jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. - - + - - - - - - - -
M_U004 Student umie połączyć ze sobą urządzenia bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takie jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. - - + - - - - - - - -
M_U005 Student umie przebadać urządzenia bezprzewodowych sieci teleinformatycznych takie jak karta sieciowa, punkt dostępowy, router dostępowy, regenerator. - - + - - - - - - - -
M_U006 Student potrafi ocenić wydajność pracy urządzeń sieciowych różnych standardów współdzielących to samo pasmo częstotliwości. - - + - - - - - - - -
M_U007 Student potrafi zidentyfikować problem anomalii przepływności dla sieci WLAN. - - + - - - - - - - -
M_U008 Student potrafi utworzyć i skonfigurować wirtualną sieć WLAN. - - + - - - - - - - -
M_U009 Student potrafi ocenić poziom bezpieczeństwa sieci bezprzewodowej przy użyciu różnych algorytmów szyfrujących oraz zabezpieczyć sieć przed wybranymi zagrożeniami i atakami. - - + - - - - - - - -
M_U010 Student potrafi przechwycić ramki warstwy MAC sieci bezprzewodowej oraz zidentyfikować ich funkcje. - - + - - - - - - - -
M_U011 Student potrafi rozszerzyć zasięg działania sieci bezprzewodowej. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi samodzielnie i w grupie rozpatrzyć nowe problemy, zidentyfikowane w trakcie ćwiczenia i podjąć działania w celu ich rozwiązania. Potrafi zgłosić problemy oraz ukończenie zadania. - - + - - - - - - - -
M_K002 Potrafi efektywnie współpracować w małym (dwu-, trzyosobowym) zespole, rozwiązującym w ramach ćwiczeń laboratoryjnych problemy dotyczące wybranych elementów składających się na infrastrukturę bezprzewodowej sieci teleinformatycznej. - - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Wstęp do bezprzewodowych sieci teleinformatycznych
Rozwój komputerów mobilnych. Cel stosowania sieci bezprzewodowych. Klasyfikacja sieci bezprzewodowych. Aplikacje bezprzewodowe. Urządzenia bezprzewodowe. Różnice pomiędzy sieciami przewodowymi i bezprzewodowymi. Ewolucja sieci bezprzewodowych. Problemy sieci bezprzewodowych. Atrybuty sieci bezprzewodowych. Historia rozwoju sieci bezprzewodowych. Sieci bezprzewodowe w odniesieniu do poszczególnych warstw modelu OSI/ISO.

2. Warstwa fizyczna bezprzewodowych sieci teleinformatycznych
Podstawy transmisji radiowej. Uproszczony schemat typowego łącza bezprzewodowego. Przegląd częstotliwości stosowanych w komunikacji bezprzewodowej. Rodzaje anten stosowanych w sieciach bezprzewodowych. Propagacja sygnału: LOS i NLOS. Problemy wielodrogowości i mobilność w sieciach bezprzewodowych. Mechanizmy kompensacji błędów. Rodzaje multipleksacji. Rodzaje modulacji. Techniki rozpraszania widma.

3. Warstwa łącza danych bezprzewodowych sieci teleinformatycznych.
Przedstawienie i porównanie algorytmów ARQ. Metody wielodostępu do kanału radiowego. Realizacja transmisji dwukierunkowej – duplexing. Porównanie metod: FDMA, TDMA, CDMA i SDMA. Bezprzewodowe sieci pakietowe. Omówienie podstawowych protokołów wielodostępu: Aloha, slotted Aloha, DAMA, R-Aloha.

4. Protokoły wielodostępu do kanału radiowego.
Omówienie wybranych protokołów wielodostępu: PRMA, R-TDMA, CSMA, CSMA-CD, MACA, MACAW, MACA-BI, RIMA-SP, RIMA-DP, RIMA-BP, polling, ISMA, SAMA, FAMA, BTMA, DBTMA, MARCH, IBM Hybrid MAC. Porównanie i ograniczenia metod wielodostępu. Problem doboru właściwej metody dostępu do kanału radiowego.

5. Bezprzewodowe sieci osobiste – część I.
Omówienie standardu Bluetooth. Wprowadzenie, w tym idea utworzenia standardu, historia, wyjaśnienie nazwy, krótka charakterystyka. Klasy mocy. Tworzenie pikosieci i sieci typu scatternet. Adresacja. Stany pracy urządzeń Bluetooth. Omówienie trybów oszczędzania poboru energii. Porównanie warstw standardu Bluetooth do modelu warstwowego OSI/ISO.

5. Bezprzewodowe sieci osobiste – część II.
Omówienie standardu Bluetooth. Omówienie wszystkich warstw standardu. Łącze SCO i ACL. Formaty ramek. Uzyskiwane przepływności w standardzie Bluetooth. Bezpieczeństwo transmisji. Profile Bluetooth. Omówienie wszystkich rozszerzeń standardu Bluetooth.

7. Bezprzewodowe sieci osobiste – część III.
Omówienie pozostałych standardów WPAN IEEE 802.15. Charakterystyka standardów. Zastosowania każdego z omawianych standardów. Omówienie architektury, topologii pracy, warstwy fizycznej oraz warstwy kontroli dostępu do kanału radiowego. Zakresy fal radiowych. Problem oszczędzania poboru energii. Bezpieczeństwo transmisji. Formaty ramek. Problem występowania interferencji w pasmach nielicencjonowanych.

8. Lokalne sieci bezprzewodowe – część I.
Wstęp do lokalnych sieci bezprzewodowych. Zalety i wady sieci WLAN. Architektura standardu IEEE 802.11. Poszczególne warstwy oraz funkcje wspierane przez standard. Usługi realizowane przez stacje i system dystrybucji. Klasy ramek. Warstwa fizyczna standardu IEEE 802.11: FHSS, DSSS i IR.

9. Lokalne sieci bezprzewodowe – część II.
Warstwa MAC standardu IEEE 802.11. Mechanizm wykładniczego backoffu. Funkcja DCF. Tryb pracy RTS/CTS. Stosowanie fragmentacji ramek. Funkcja PCF. Formaty ramek. Stosowanie różnych trybów adresacji. Rodzaje ramek warstwy MAC.

10. Lokalne sieci bezprzewodowe – część III.
Omówienie funkcji zarządzających na poziomie warstwy MAC standardu IEEE 802.11: synchronizacji, zarządzania poborem energii, przyłączania stacji do sieci WLAN, uwierzytelnienia i asocjacji stacji, mechanizmu WEP, bezpieczeństwa transmisji oraz utrzymania bazy MIB. Przedstawienie rozszerzeń standardu IEEE 802.11: 802.11a, 802.11b.

11. Lokalne sieci bezprzewodowe – część IV.
Przedstawienie rozszerzeń standardu IEEE 802.11: 802.11c, 802.11d, 802.11e, 802.11f, 802.11g, 802.11h.

12. Lokalne sieci bezprzewodowe – część V.
Przedstawienie rozszerzeń standardu IEEE 802.11: 802.11i, 802.11j, 802.11k, 802.11m, 802.11n, 802.11p, 802.11r, 802.11s, 802.11t, 802.11u, 802.11v, 802.11w, 802.11y.

13. Lokalne sieci bezprzewodowe – część VI.
Przedstawienie rozszerzeń standardu IEEE 802.11: 802.11aa, 802.11ac, 802.11ae. Rozszerzenia standardu IEEE 802.11 znajdujące się w wersji ‘draft’. Stosowanie różnych warstw fizycznych standardu IEEE 802.11 w urządzeniach mobilnych. Rynek lokalnych sieci bezprzewodowych.

14. Problemy sieci teleinformatycznych oraz kierunki rozwoju tych sieci.
Wykład końcowy. Analiza problemów stacji jawnych, ukrytych oraz intruzów. Metody synchronizacji oraz ograniczania poboru energii. Transmisja multikastowa w sieciach bezprzewodowych. Świadczenie usług z określoną jakością QoS w bezprzewodowych sieciach teleinformatycznych oraz kierunki rozwoju tych sieci.

Ćwiczenia laboratoryjne:

1. Wprowadzenie i omówienie poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych (2 godz.)
2. Rozszerzanie zasięgu działania sieci bezprzewodowej – konfiguracja routera oraz mostu standardu IEEE 802.11 w różnych trybach pracy (2 godz.).
3. Analiza struktury ramek standardu IEEE 802.11 przy użyciu oprogramowania Wireshark (2 godz.).
4. Analiza możliwości łamania klucza WEP (2 godz.).
5. Analiza możliwości łamania klucza WPA (2 godz.).
6. Tworzenie i konfiguracja wirtualnych sieci WLAN (2 godz.).
7. Analiza możliwości transmisji danych w sieciach ad-hoc standardu IEEE 802.11 a/b/g/n/ac (2 godz.).
8. Badanie możliwości transmisji danych w trybie ad-hoc oraz infrastruktura w oparciu o urządzenia standardu Bluetooth oraz badanie interferencji pomiędzy urządzeniami standardu Bluetooth oraz siecią WLAN standardu IEEE 802.11 (2 godz.)
9. Analiza działania standardu IEEE 802.1X oraz protokołów RADIUS i EAP (2 godz.)
10. Badanie wydajności pracy protokołu CSMA/CA z użyciem oprogramowania COMNET (4 godz.)
11. Analiza działania sieci standardu IEEE 802.11 z uzyciem oprogramowania Riverbed (4 godz.)
12. Kolokwium zaliczeniowe (2 godz.)

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 90 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 34 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 28 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz z egzaminu. Przy czym warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest posiadanie oceny pozytywnej z laboratorium.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (40%) i egzaminu (60%) uzyskanych we wszystkich terminach.
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Wymagana jest wiedza z zakresu przedmiotów „Lokalne sieci teleinformatyczne” i „Media transmisyjne”

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. M. Gast: 802.11ac – A Survival Guide, 2013.
2. H. Lobiod, H. Afifi, C. de Santis: Wi-Fi, Bluetooth. ZigBee, and WiMAX, Springer, 2007.
3. E. Hossain, K. Leung: Wireless Mesh Networks. Springer, 2008.
4. B. Walke, S. Mangold, L. Barlemann: IEEE 802 Wireless Systems. Wiley, 2006.
5. A. Holt, C-Y. Huang: 802.11 Wireless Networks, 2010.
6. V. Ramachandran: BackTrack 5 Wireless Penetration Testing, 2011.
7. B. Bing: Emerging Technologies in Wireless LANs, 2007.
8. Y. Zhang, H-H Chen: Mobile WiMAX, 2008.
9. Standardy dla bezprzewodowych sieci teleinformatycznych (IEEE, ETSI i inne).
10. Artykuły z czasopism IEEE Comm. Magazine, IEEE Trans. on Mobile Computing, IEEE Wireless Comm.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Marek Natkaniec: Ewolucja sieci bezprzewodowych standardu IEEE 802.11, Przegląd Telekomunikacyjny, Wiadomości Telekomunikacyjne, ISSN 1230-3496., R. 88 nr 4, 2015
2. Katarzyna Kosek-Szott, Marek Natkaniec, Łukasz Prasnal: IEEE 802.11aa Intra-AC Prioritization – A New Method of Increasing the Granularity of Traffic Prioritization in WLANs, ISCC 2014, The 19th IEEE Symposium on Computers and Communications, 23-26 June, Madeira, Portugal, 2014
3. Katarzyna Kosek-Szott, Marek Natkaniec, Łukasz Prasnal: A Novel IEEE 802.11aa Intra-AC Prioritization Method for Video Transmissions, IEEE Globecom 2014, Austin, Texas, USA, 8-12 December 2014
4. Marek Natkaniec, Katarzyna Kosek-Szott, Szymon Szott, Giuseppe Bianchi: A Survey of Medium Access Mechanisms for Providing QoS in Ad-Hoc Networks, IEEE Communications Surveys and Tutorials, Vol. 15, No. 2, 2013
5. Szymon Szott, Marek Natkaniec, Andrzej R. Pach: Improving QoS and security in wireless ad-hoc networks by mitigating the impact of selfish behaviors: a game-theoretic approach, Wiley Security Comm. Networks, Volume 6, Issue 4, pages 509–522, April 2013
6. Katarzyna Kosek-Szott, Artem Krasilov, Andrey Lyakhov, Marek Natkaniec, Alexander Safonov, Szymon Szott, Ilenia Tinnirello: What’s New for QoS in IEEE 802.11?, IEEE Network, Vol. 27, Issue 6, pp. 95-104, November-December 2013
7. Albert Banchs, Pablo Serrano, Paul Patras, Marek Natkaniec: Providing Throughput and Fairness Guarantees in Virtualized WLANs Through Control Theory, Springer Mobile Networks and Applications, Volume 17, Number 4, pages 435-446, August 2012
8. Marek Natkaniec, Katarzyna Kosek-Szott, Szymon Szott, Janusz Gozdecki, Andrzej Głowacz, Susana Sargento: Supporting QoS in Integrated Ad-Hoc Networks – Wireless Personal Communications, Springer, vol. 56, no. 2, 2011
9. Marek Natkaniec, Katarzyna Kosek-Szott, Szymon Szott, Andrzej Głowacz, Andrzej R. Pach: Providing QoS Guarantees in Broadband Ad-Hoc Networks, Journal of Telecommunications and Information Technology, 4/2011
10. Arturo Azcorra, Thomas Banniza, David Chieng, John Fitzpatrick, Dirk Von-Hugo, Marek Natkaniec, Sebastian Robitzsch, and Frank Zdarsky: Supporting Carrier Grade Services over Wireless Mesh Networks: The Approach of the European FP-7 STREP CARMEN. – IEEE Communications Magazine, Vol. 47 No. 4, April 2009

Informacje dodatkowe:

Jeżeli studenci wyrażą zgodę, materiały do zajęć (slajdy, instrukcje laboratoryjne, zadania/problemy do rozwiązania) mogą być przygotowane w języku angielskim.