Grundkurs Computernetzwerke - SpringerRSS (Radio Sub-System) NSS (Network Sub-System) AdAndere...
Transcript of Grundkurs Computernetzwerke - SpringerRSS (Radio Sub-System) NSS (Network Sub-System) AdAndere...
Grundkurs Computernetzwerke
Eine kompakte Einführung in
Netzwerk und Internet TechnologienNetzwerk- und Internet-Technologien
2010 / 2. Auflage
© Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des
Kapitel 10 / Funknetz-Technologien für das mobile Internet
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Übertragungs-k ität (kbit/ )kapazität (kbit/s)
100 000 28.80014 400100.000
100.000
10 000
8 800(14.400)14.400
(7.200)
HSPA
10.000
1.000 115,2 171,2(53 6)
473,6(236,8)
384(384)
LTEHSPA(HSDPA/HSUPA)
HSPA+
UMTS100 14,4
(9 6)
115,2(57,6) (53,6)
( )
EDGE
GSM
HSUPA)UMTS(UTRA-FDD)
10 (9,6)
HSCSD GPRS EDGE
1992 1999 2001 2006 2005 2007 2009 2011?
Mobilfunk-Technologien im Zeitablauf2G-Mobilfunk: GSM 3G-Mobilfunk: UMTS/LTE
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
(Zahlen in Klammern): maximale reale Datenraten in der Praxis
GSM-900 GSM-1800U li k D li k U li k D li kUplink Downlink Uplink Downlink
GSM-1900(USA)
GSM-850(USA)
MHz800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000 2 200
900 1.700 1.900
UTRA-FDD UTRA-FDD
800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200
UTRA-FDD UTRA-FDDUplink Downlink
1 Frequenzblockpaarmit je 2 x 5 MHz
UTRA-TDD UTRA-TDD
mit je 2 x 5 MHz
U U
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
MHz1.850 1.900 1.950 2.000 2.050 2.100 2.150 2.200
1.920 1.980 2.110 2.170
GSM FDMA (Frequency Division Multiple Access)FF
Kanal 124..960 MHzDownlink:
124 KanäleKanal 1
..
K l 124915 MHz935 MHz
124 Kanäle zu je 200 kHz
U li k
t
Kanal 124
Kanal 1
...915 MHz
890 MHz
Uplink:124 Kanälezu je 200 kHz
tKanal 1890 MHz
GSM TDMA Rahmen0 1 2 3 4 5 6 7
GSM TDMA-Rahmenmit 8 TDMA-Kanälen
Tail BitsD t Bit
GSM Zeitschlitz (Burst)3 57 1 26 1 57 3
Data BitsFlags
( )für 1 TDMA-Kanal 3 57 1 26 1 57 3 8,25
Guard SpaceTraining Sequence
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
GSM TDMA (Time Division Multiple Access)pg q
RSS (Radio Sub-System) NSS (Network Sub-System)A dAndere
Mobilfunk-netze
HLRVLR
BSSFunkzellen
TRAU netzeAC
EIRMSC
…
BSC
TRAU
VLR
BSSMSUm
PSTNBSCBTS
TRAU PSTNISDNPDN
GMSCMSCBSSMSUm
MS ABTS
U
Signaling:
Signaling
OMC (Operations andBSCBTS
Um Signalingand Traffic:
Interfaces:
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
OMC (Operations andMaintenance Center)Abis
BTS Interfaces:
MS BTS BSC MSC
3MM
CM
MM
CM
3
RR SCCP
BSSAPRR BSSAPSCCP
2 LAPD MTP2
MTP3
LAPD LAPD
RR‘ BTSM
LAPD MTP2
BTSM MTP3
1 Funk
LAPDm
MTP1
MTP2
Funk
LAPDm
PCM
LAPD
PCM MTP1
LAPD MTP2
OSI-Schichten 22,8 kbit/s
(13 kbit/s2,048 Mbit/s(32 Kanäle à
N x 2,048 Mbit/s(N x 32 Kanäle à
U A A
(13 kbit/sSprachdaten)
(32 Kanäle à16/64 kbit/s)
(N x 32 Kanäle à16/64 kbit/s)
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Um Abis A
MS BTS BSC HLR GMSC ISDN V-MSC/VLR
PRN (IMSI) SRI (MSISDN)IAM (MSISDN)PRN (IMSI) SRI (MSISDN)IAM (MSISDN)PRN R(MSRN)SRI R(MSRN)
IAM (MSRN)Paging Request (TMSI)
Ch l R
Routing
Channel Req.Channel Ass.
Paging Result (Cell ID, TMSI) Triplet Req.
Pagingp q
Triplet Resp.Authentication Request (RAND)Authentication Response (SRES)
Cipher Mode RequestAuthentication/Ciphering
Cipher Mode Request
Cipher Mode Complete ResponseSetup Call
p g
Call ConfirmAssignment Request (TCH)
Assignment Complete
Radio Channel SetupAssignment Complete
ACM ACMANM ANM
AlertingConnect
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Connect ACK
t tConnection Setup
ExterneNetze
RSS (Radio Sub-System) NSS (Network Sub-System)
GMSCMSC VLRBSSBSC
MSU GSM
Netze
A PSTNISDNBSC
BTS
Um GSMBackbone
ISDN…
TRAUMS
Um
Si liEIR
PCU
TRAU
MS
BTSSignaling:
Signalingand Traffic:
EIR
AC MS
Um Interfaces:HLR/GR
MSBTS
U
Gc
Gn
Gr
PCU
InternetAbis
Um
BTS SGSNBSC
GGSNGPRS
BackboneGb
n
Gi
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
AbisS SGSN GGSNBackbone
MS BSS SGSN GGSN(BTS und BSC)
Application
(BTS und BSC)
IP/X.25
pp cat o
GTP
IP/X.25
GTPSNDCP
IPUDPGTP
3, 4 SNDCPIP
UDPGTP
MACRLCLLC
ATM
IP
MAC FRBSSGP
LLC
FRRLC BSSGP ATM2
IP
Funk
MACSDHFunk
MAC
E1
FR
E1
FRSDH1
OSI-Schichten
U G GPCUVieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Um Gb GnPCU
GSM Zeitschlitz (Burst) für 1 TDMA-Kanal
Tail BitsData Bits
3 57 1 26 1 57 3 8 25
Data BitsFlags
3 57 1 26 1 57 3 8,25
Guard SpaceTraining Sequence
Tail BitsTail BitsData Bits
Flags
9 173 (57 x 3 +2) 178 (26 x 3)1 173 (57 x 3 +2) 9 24,75
Guard SpaceTraining Sequence
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
EDGE Zeitschlitz (Burst) für 1 TDMA-Kanal
Multiplextechnik für Mobilfunknetze
CodeFrequenz
FDMA
...
FDMA TDMA
...CDMA
Zeit
UTRA FDD von UMTSU o U S
LeistungFrequenz...
Nutzkanal nC d
1 Frame
...Downlink 5 MHzNutzkanal nCode n
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner VerlagsZeitUplink 5 MHz
Nutzkanal 1Code 1
UTRAN(UMTS Terrestrial
CN(Core Network)
ExterneNetze
GMSCMSC VLR
(UMTS TerrestrialRadio Access Network)
(Core Network)
RNSUE
Netze
PSTNRNSRNC
UE
Node B
Uu CSBackbone
ISDN…
UENode B
Uu IuCSHLR
ACIub
Node B
IuCSSignaling:
Signalingd T ffiAC
EIRUE
Uu
and Traffic:
Interfaces:
IuPS
UENode B
U
InternetRNSRNC
Uu
Node BPS
BackboneVieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
SGSNRNSIubNode B GGSNBackbone
UE UTRAN 3G-SGSN 3G-GGSN(Node B und RNC)
Application IP-Tunnel
(Node B und RNC)
IP/PPP/…
pp cat o
GTP
IP/PPP/…GTP GTPGTP
PDCP
IPUDPGTP
3, 4 PDCPIP
UDPIP
UDPIP
UDPGTP GTPGTP
MAC
RLCL2
IP
2MAC
RLC
ATM
AAL5
ATM
AAL5L2
Funk
MAC
L1 L1Funk1
MAC
L1
ATM ATM
L1
OSI-Schichten
U I PS G
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Uu IuPS Gn
Funknetz-Typen WPAN WLAN WMAN WWANFunknetz TypenMbit/s 1000
WPAN WLAN WMAN WWAN
1000
100WiFi
802 11n
4GMobilfunk
Bluetooth 3 0Übertragungs-
k ität
100
WiFi802 11 /
802.11n
WiMAX
3,9G (LTE)Mobilfunk
Bluetooth 3.0kapazität 10
WiFi
802.11a/g 802.16-2004/802.16eZigBee
802.15.4 3,5G (HSPA)
1 Bluetooth 2.0802.15.1
WiFi802.11b
(MBWA802.20)
3G (UMTS)Mobilfunk
Reichweite ca. 10 m ca. 100 m bis 50 km bis 30 km
)
3GPP (3rdGen. Partner-ship Project)
IEEE 802.16(und ETSI
BRAN)Standards
IEEE 802.15 IEEE 802.11(und ETSIHiperLAN)
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
ship Project)BRAN)HiperLAN)
Ad-hoc-NetzwerkeIndependent Basic Service Set (IBSS)
BSS (Infrastructure BasicService Set)Independent Basic Service Set (IBSS) Service Set)
AP
Ethernet, DSL etc.
AP(Access Point) Switch/Router
,
ESS(ExtendedSer iceServiceSet)
AP APS it hAP
AP APSwitch
DS (Distribution System)
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
DS (Distribution System)
OSI-Schichten
3 7 Höh S hi ht (TCP/IP d HTTP FTP t )3 - 7
2b
Höhere Schichten (TCP/IP und HTTP, FTP etc.)
Logical Link Control (LLC)2b Logical Link Control (LLC)
Synchroner Dienst: Point Coordination Function (PCF), optional 2a
1 MIMO-HR-
Asynchroner Dienst: Distributed Coordination Function (DCF), Standard
1 Infrarot FHSS DSSS OFDM OFDM MIMOOFDM
HR-DSSS
St d d i
802.11b 802.11g 802.11a 802.11nIEEE 802.11
Standardserie
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
FHSS OFDMAA
DSSSA
FNormales Signal
FBandbreite bei FDMVerfügbare Bandbreite
FF1F2F3F4F5F6F7F8
FGespreiztes Signalg
F
p g
F8F7F K2
K3K3
K3
K2K1
K11 0
A
Band-F6F5F4F K1
K2K3
K3
K3K2
K2
K1K1
K1FNutzdatenbits breiten-
ersparnis
t
F3F2F1
K1
K3
K3K2 K2
K1
K1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 F F
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
tKanäle: K1 K3K2 Chip-Sequenz Bandbreite bei OFDM
Medienzugriff mit CSMA/CADIFS
Sender Data
ACK
DIFS
SIFSEmpfänger
Weitere
ACK
Wartezeit
DIFS
DataStationen
Zeit
Wartezeit
Wettbewerb über Back-off-Zeit
Data
Medienzugriff mit CSMA/CA und RTS/CTS-ErweiterungMedienzugriff mit CSMA/CA und RTS/CTS-Erweiterung
Sender DataRTSDIFS
Sender
Empfänger ACKCTSSIFS SIFS SIFS Back-off-Zeit
DIFSWeitere
Stationen NAV (CTS)
NAV (RTS)
RTS …
DIFS
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Zeit
NAV (CTS)
Wartezeit
RTS
IEEE-802.11-Daten-FrameBytes: 2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
AddressFrame Duration/ SequenceAddress Address Address Data FCS1Control ID Control2 3 4 Data FCS
ProtocolVersion Type Subtype To
DSFromDS RetryMore
FragPowerMgmt
MoreData OrderWEP
Bits: 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1
Version DS DS Frag Mgmt Data
Struktur des Feldes Frame Control
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Bluetooth-Piconet
M: MasterS: SlaveMS
S
SM/S: Master/SlaveP: ParkedSB: Standby
SBP
Bluetooth-Scatternet
MMS S
MS
S
M
M/SS
PSBSBS
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Piconet 1 Piconet 2 Piconet 3
OSI-S hi ht
Spezifikation der Bluetooth SIGSchichten
Applications/Profilespp
Other
5 - 7
OtherRFCOMM
TCS SDPLLC4
L2CAPControlAudio
Li k MLLC
3
Baseband
Link ManagerLLC
MAC2
Bluetooth Radio
Baseband
Physical
MAC
1
IEEE 802 15 1IEEE 802
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
IEEE 802.15.1Standards
625 µs 625 µs625 µs
Slot SlotSlot… …
68 72 Bit 54 Bit 0 2 744 Bit
1/1.600second
Access Code Header Payload
68 - 72 Bits 54 Bits 0 - 2.744 Bits
Bluetooth Baseband PacketPreamble Sync Word (Trailer)
4 64 4
1 0 1 0 The 18 bit header is encoded with a rate 1/3 FEC resulting in a 54 bit header
AM Address Type Flow ARQN SEQN HEC0 1 0 1oder
rate 1/3 FEC resulting in a 54 bit header
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
3 4 1 1 1 8
Slave Master Slave
L2CAPL2CAP L2CAP
Baseband Baseband Baseband
Bluetooth Radio
ACL-Link Signalisierungs-kanal
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Verbindungsloser KanalVerbindungsorientierter Kanal
WiMAX-Netztopologien1. 2. 3.
WLAN WLAN
WLAN
WLAN
WLAN WLAN
Point-to-Multipoint(DSL)
Point-to-Point(Backhaul Hotspots)
Point-to-All(Nomadic Mobility)(DSL)(Backhaul, Hotspots) (Nomadic Mobility)
WiMAX StandardWiMAX-Standard
Higher LayersOSI-Schichten
2b bis 7
MAC-CPS (MAC Common Part Sublayer)MAC-CS (MAC Convergence Sublayer)
Higher Layers
2a
MAC-PS (MAC Privacy Sublayer)MAC CPS (MAC Common Part Sublayer)
Physical Layer1Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
Physical LayerQPSK 16-QAM 64-QAM
1
GERAN(2G/2,5G)
SGSN
UTRAN(3G)
HSSPCRF
GPRSCore
UE LTE-Uu
(3G)
eNB
u
MME S-GW PDN-GW
UEeNB
LTE-Uu
eNB
InternetE-UTRAN(Extended UMTS Terrestrial
EPC(Evolved Packet Core)
Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010
www.viewegteubner.de
© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS
Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags
(Extended UMTS TerrestrialRadio Access Network)
(Evolved Packet Core)