Präsentation Öffentliche Netze & Dienste

S.Kretschmann

Was versteht man darunter Öffentliche Netze und Dienste?

Bezeichnung für ein Netz, bei dem der Netzbetreiber jedem dem Zugang ermöglicht und bestimmte staatlich kontrollierte Anforderungen erfüllt.

Allgemeine Gliederung

ATM GSM UMTS DSL

ATM

ATM ( Asynchronous Transfer Mode )- ATM Datenkommunikation was ist das?- ATM Zellen & Zellkopf- ATM Zellstruktur- ATM Funktionsweise- ATM Fehlerkorrektur und Netzüberlastung- ATM Netz & Netzstruktur- ATM Netzvorteile- ATM Dienstklassen- ATM Übertragungsprinzip- ATM Anwendungen- ATM LAN - ATM Multiplexing - VPN ( Virtual Private Network )

ATM

• asynchrones Datenübertragungsverfahren für Hochgeschwindigkeitsnetze

• Daten werden in winzige Pakete von 53 Byte Länge zerlegt

• kann im WAN und im LAN- (Local Area Network) eingesetzt werden

• verwendbar als verbindungsloser Service und verbindungsorientiertes Protokoll

• Übertragung durch virtuelle Verbindung

• sehr hohe Bandbreiten - von 25 MBit/s über 155 MBit/s bis zu 622 MBit/s

ATM Zellen & Zellkopf

Konstante Länge von 53 Byte 5 Byte bilden Zellkopf ( Adress- & Steuerinfos) Restlichen 48 Byte enthalten Nutzdaten Bytes werden als Okletts bezeichnet da sie aus 8 Bit

bestehen Länge d. Informationsfeldes ( Payload 48 Byte ) eine Zelle

stellt Kompromiss zwischen Anforderung der Daten und Echtzeitdienst

Echtzeitdienst = Datenübertragung eines Vorgangs ohne Verzögerung zu ablaufenden Vorgang

Datendienst = Lange Dateneinheiten sinnvoll um Daten ohne Verzögerung zu übertragen

Gibt 2 Zellarten- NNI Zellen ( Network Node Interface ) Bits für Datenfußkontrolle entfallen dienen d. Pfadkennung Kommunikation an Schnittstelle zwischen ATM Netzknoten UNI Zellen ( User Network Interface ) Kommunikation an Benutzer Netzwerkschnittstelle verwendet

ATM Zellstruktur

• Zelle besteht aus Nutzdaten (Payload) und dem Zellkopf (Header)

• Zellstruktur wurde von der IEEE in der Empfehlung 802.6 standardisiert

• Datenströme werden im ATM-Netz zu einem gemeinsamen Zellstrom verbunden

• Zellen sind vor allem wegen des Cell-Switching nur 53 Byte lang

• kleine Zellen bringen Vorteile hinsichtlich der Antwortzeiten und Übertragungskapazitäten bei ihrer Codierung, der Segmentierung und beim Switching geringe Verzögerungszeiten

ATM Funktionsweise

• Header enthält einen Virtual Connection (VC) Identifier, bestehend aus einem Virtual Path Identifier (VPI) und einem Virtual Channel Identifier (VCI)

• auf Port gelesene Zelle beschreibt durch deren VC Identifier eindeutig einen neuen VC Identifier und einen ausgehenden Port für die Weiterübertragung der Zelle

• bei einer Point-to-Multipoint - Verbindung wird das VPI/VCI-Paar auf eine Menge von neuen VC identifiers und Ausgangsports abgebildet

ATM benutzt ein komplexes Netz von SwitchesATM benutzt ein komplexes Netz von Switches

ATM- Zellen bewegen sich zwischen Ports hin und herATM- Zellen bewegen sich zwischen Ports hin und her

jeder Port des Switches ist an ein Spezifisches Gerät jeder Port des Switches ist an ein Spezifisches Gerät angeschlossenangeschlossen

da die Zellen so klein sind kommt es nur zu geringen da die Zellen so klein sind kommt es nur zu geringen VerzögerungszeitenVerzögerungszeiten

ATM Fehlerkorrektur und Netzüberlastung:

Fehlerkorrektur: - nicht durchgeführt von Protokollen - ATM- Switches kontrollieren die Header - falls Fehler auftritt wird das Paket

verworfen - Wiederaufsetzten erfolgt durch Endsystem

Netzüberlastung: - nur wenn mehr Bandbreite benötigt wird als momentan zu Verfügung steht

- es kann eine gewünschte Verbindung abgewiesen werden - (ATM- Netz wird von der Auslegung des Netzes begrenzt nicht vom

Übertragungsprotokoll)

ATM Netz & Netzstruktur

Netzstruktur: Besteht aus Netzknoten und einer Verbindung zwischen Knoten und Endgerät

Im Netzknoten sind Funktionen verdrahtet(Vermeidet Übertragungsverzögerungen)

UNI Schnittstelle vom Netzknoten zum Anwender NNI Schnittstelle zwischen den Netzknoten

Netz: ATM- Netze sind Schaltnetzwerke Schaltereinheiten mit zwei Eingängen A und B und zwei

Ausgängen C und D es gibt zwei Möglichkeiten der Verbindung (über Kreuz, gerade

aus) man kann beliebig große Netze zusammen bauen Diese Netzwerke nennt man auch Multistage-Netzwerke Netze können Synchron, asynchron, verbindungslos mit

konstanter oder variabler Übertragungsrate und verbindungsorientiert sein

Übertragungsrate d. Nutzdaten von ATM Netz Übertragungsrate entkoppelt

ATM Netz

ATM Netzvorteile

Integration aller verteilten Anwendungsdienste in ein Netz nur noch eine Übertragungsart (ATM) ATM ermöglicht ein vollautomatisches, virtuelles Netz weniger Personalkosten (Da weniger Netz-Manager und

Administratoren nötig sind!) kurze Verzögerung und hohe Übertragungsgeschwindigkeit

(bis zu 622 MBit/s) Kommunikation von Geräten und Diensten mit

unterschiedlicher Bitrate möglich lokales ATM- Netz leistet mehr als z.B. FDDI

ATM Dienstklassen

Dienstklasse A B C D

Synchronität ja ja nein nein

Bitrate konstant variabel

Verbindung verbindungsorientiert verbindungslos

AAL-Typ Typ 1 Typ 2 Typ 3/4/5

Typ 3/4

Anwendung Sprache Video Filetransfer, LAN, IP

ATM Übertragungsprinzip

Um Daten zu übertragen müssen Quelle und Ziel abgestimmt sein (damit Daten zugeordnet und verarbeitet werden können)

Übertragungskapazität in Pakete fester Größe unterteilt Zellen stehen mehrere Verbindungen zur Verfügung Zellen sind an Zelltakt gebunden Bandbreite wird durch Anzahl d. Zellen pro Zeineiheit

bestimmt

ATM Anwendungen

Classical IP over ATM ( Clip ) Multiprotokoll Label Switching ( MPLS )

Multicast Adress Resolution Server (MARS) Next Hop Resolution Server ( NHRS ) Lan Emulution ( Lan-E ) Multiprotokoll over ATM ( MPOA ) ATM - Netztechnik dient in lokalen, öffentlichen und privaten

Hochgeschwindigkeitsnetzwerken als Transportmedium.

ATM LAN

Lokales PC Netz verwendet ATM Technik zur Datenübertragung

Besteht aus klassischer LAN Struktur ( Ethernet, Token Ring, ATM LAN bus oder ringförmiger Aufbau )

Datenengeräte (DEE) des ATM LAN sternförmig an zentralen Knoten angeschlossen

-> Knoten kann ATM Router oder Switch sein

-> ATM Router u. Switch sind zur Herstellung von Verbindungen wischen angeschlossenen Stationen

ATM LAN erfolgt Kommunikation verbindungsorientiert Vermittlung der ATM Zellen im LAN erfolgt über Koppelfeld Um Zellen vermitteln zu können muß Netzknoten d. TCP/IP

Protokoll interpretieren können LAN Emulation = Umwandeln einer MAC Adresse in eine ATM

Zieladresse

= ATM Technik ist für Anwendung nicht bemerkbar Netz verhält sich wie gewöhnliches LAN

Aufbau eines ATM LAN

ATM Multiplexing

Daten werden in Zellen zerlegt da Datenumfang zu groß ist für Übertragung auf einer Leitung

Zellen werden asynchron zum Übertragungstakt d. Netzes in Abhängigkeit d. Datenmenge gebildet

Datenstrom wird durch Paketierer zerlegt Zeitmultiplexverfahren ermöglicht Mehrfachausnutzung d.

Übertragungsstrecke

> Quellen mit höheren Datenaufkommen belegen größere Anzahl an Zellen in Zeitabschnitt

ATM Multiplexing

Bei ATM Technik werden Zellen nicht asynchron sondern in Zellraster übermittelt

Zellen müßen nach Paketierung Wartezeit bis zum Sendezeitpunkt überwinden

Es kommt zur Zellvergrößerung durch: Zeit für bilden der Zelle Übertragungsverzögerung aufgrund Laufzeit d. elek. Signale

auf der Leitung Vermittlungsverzögerung im Netzknoten Zeit zur Rückmeldung d. Zellen in kontinuierlichen

Datenstrom

GSM

GSM ( Global System for Mobile Communication )- Mobilkommunikation mit GSM- GSM Vorteile- GSM Netz- GSM Netzarchitektur- GSM Netzstrukturierung- GSM Verbindungsaufbau- GSM Datenübertragung- GSM Endgeräte- GSM Basisstationen- GSM Mobilvermittlungsstellen- GSM Systeme ( Netzarten) & Frequenzbereiche- GSM Tuning- GSM Übertragungstechnologien- GSM Übertragungstechniken- GSM Sicherheit

Mobilkommunikation mit GSM

• technische Grundlage des deutschen D – und E – Netzes

• Festnetzseitig basiert es auf ISDN - Standard und hat ähnliche vermittlungstechnische Leistungsmerkmale

• zum versenden und empfangen von Kurzmitteilungen (SMS)

• bietet Roaming zwischen verschiedenen Betreibern

• Digitales Mobilfunksystem

• Datenübertragungsrate 9,6 kBit/s

GSM Vorteile

Mehrere Mobilfunktreiber gleiche Flächenabdeckung Ermöglicht ( fast )überall innerhalb des Landes mobil zu telefonieren Sprachübertragung und Datenübertragung SMS

Handover: bewegt sich ein Teilnehmer, so wird durch nächste Basisstation sichergestellt das Verbindung bestehen bleibt

Roaming: verlassen des Netzbereiches, Sicherstellung der Erreichbarkeit

Roaming Abkommen: zwischen Netztreibern Gewährleistung der Erreichbarkeit im anderen Netz unter gleicher Nr. u. Abrechnung über Landesgrenzen hinaus

GSM Netz

Ist 2 Generation der Funknetze Basieren auf GSM Standard GSM Netze werden von verschiedenen Anbietern angeboten Dabei ist der Unterscheid die geographische Verfügbarkeit

und die Tarifierung Zu GSM Netz gehören Endgeräte, Basisstationen und

Vermittlungsstellen Netze sind Zellular aufgebaut Zellen nicht eckig nicht gleich groß variieren in Form und

Größe

GSM Netzarchitektur

Netzarchitektur:

GSM Netzstrukturierung

• Hardware:

- GSM-Netze sind in vier Teilsysteme unterteilt:

- Mobile Station (MS)

- BSS (Base Station Subsystem)

- Vermittlungsteilsystem: Network Subsystem (NSS)

- OMC (Operation and Maintenance Center) • Adressierung:

- In einem GSM-Netz werden folgende Nummern zur Adressierung der Teilnehmer verwendet:

- MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number)

- IMSI (International Mobile Subscriber Identity)

- TMSI (Temporary Mobile Subsriber Identity)

- MSRN (Mobile Station Roaming Number)

GSM Verbindungsaufbau

Der Verbindungsaufbau mit Mobilfunkteilnehmer ist ein komplexer Prozess wie bei ISDN

1. Ruf aus ISDN wird an den rufenden Festnetzteilnehmer nächstliegende MobilVST geleitet dies bezeichnet man als Gateway-MSC

2. Auf Grundlage d.IMSI Nummer d. gewünschten Teilnehmers wird Verbindung zur Heimdatei des Mobilfunkteilnehmers aufgebaut (Prüft Teilnehmer Existenz)

3. Gateway MSC baut Verbindung zur Mobil-VST auf4. Mobil-VST prüft mit Besucherdatei Angaben zum Aufenthaltsort und

Erreichbarkeit5. Funkruf wird aktiviert über Basisstation 6. Sobald Telefon auf Page Request (Anrufaufforderung) reagiert wird Rufzeichen

gesendet7. Über Basisstation d. Mobil-VST wird Handy signalisiert eine Verbindung

aufzubauen

GSM Datenübertragung

GSM-Funkkanäle sind in acht Zeitschlitze unterteilt jeder eine Datenübertragungsrate von 9,6 kbit/s bei normalen GSM-Datenübertragung belegt Anwender

während der kompletten Dauer seiner Verbindung einen Zeitschlitz und macht somit Gebrauch von den gesamten 9,6 kbit/s

wenn alle GSM-Zeitschlitze belegt sind, können keine weiteren Personen auf die Netzwerk-Verbindungen zugreifen

Anwender muss unabhängig v. übertragenen Datenmenge bei normalen GSM-Datenübertragung für gesamte Verbindungszeit, die für Datenübertragung benötigt wird, zahlen

GSM Endgeräte

GSM Endgeräte sind vorwiegend Funktelefone Endgeräte haben unterschiedliche Merkmale

( SMS,MMS,PIM,Sprachaufzeichnung, usw. ) Um die Eigenschaften nutzen zu können müssen sie von

Netzbetreiber freigegeben werden In Endgeräten sind Funktion zur Sicherheit vorhanden

( Sperrcode, PIN-Code )

GSM Basisstationen

Basisstation in Zelle vorhanden ( Base Transceiver Station ) Stehen mit in Zelle vorhandenen Endgeräten drahtlos in

Verbindung Aufgaben: - verwalten der zugewiesenen Funkkanäle- Kanalcodierung und Decodierung- Ver- und Entschlüsselung- Verbindungskontrolle

Aufgaben:> Überwachen des Empfangspegels> Steuerung des Sendepegels> Signalanpassung an PCM Schnittstelle über Verbindungen

zum Netzknoten> Steuerung durch Handover Handover: Umschalten bestehender Verbindungen auf

anderen Übertragungskanal oder in andere Zelle Singt Empfangspegel an Basisstation erfolgt Umschalten d.

Übertragungskanals zu besser empfangenden Station dies erfolgt über Mobilvermittlungsstellen

GSM Mobilvermittlungsstellen

Sind mit Basisstation über PCM Übertragungstrecke verbunden

Arbeitet wie Festnetzvermittlungsstelle ( stellt Verbindung zu anderem Teilnehmer her )

Sind maschenförmig miteinander vernetzt Vernetzung erfolgt über ein eigenes Leitungsnetz oder eine

ISDN Leitung

Enthalten Funktionseinheiten:- Besucherdatei: VLR (Visitor Location Register)- Beglaubigungszentrale: AuC (Authentication Center)- Identitätsdatei: EIR (Equipment Identity Register)- Betriebs- und Wartungszentrale: OMC (Operation and

Maintenance Center)

GSM Systeme ( Netzarten ) & Frequenzbereiche

Gibt 3 Arten von GSM Netzen GSM-900 Trägerfrequenzen 124,GSM-1800 Trägerfrequenzen

374,GSM-1900 Gemeinsamkeit: - Übertragungsrate von 9,6 kbit/s auf jedem der 8 Kanäle- Benutzt für drahtlose Kommunikation zwischen

Basisstationen und Funktelefonen Unterscheide: Frequenzbereich (Up-, Downlink) und der

Bandbreite und Reichweite

System Name Uplink (von Mobliststion zur Basisstation)

Downlink (von Basisstaion zur Mobilstation)

Bandbreite (jeweils Uplink und Downlink)

Einsatz

GSM-900

Glabal System for Mobile Communi-

kation

1890-1915 MHz 1935-1960 MHz 25 MHz D- Netz in Deutschland

GSM-1800 (DCS-1800)

Digital Communi-

kation System

1710-1785 MHz 1805-1880 MHz 75 MHz E- Netz in Deutschland

GSM-1900 (PCS-1900)

Personal Communi-

kation System

1850-1910 MHz 1930-1990 MHz 60 MHZ Netze in den USA

GSM Tuning

Es werden zusätzliche Dienste angeboten dadurch erhöht sich die Datenübertragungsrate in GSM Netz

Dabei benutzen die Netzarten spezielle Übertragungstechnologien und Übertragungstechniken

GSM Übertragungstechnologien

WAP (Wireless Application Protocol)- Netzdatenrate: 9,6 kbit/s- Eingeschränktes Displayformat- Trotzdem Ermöglichung des mobilen Internet Zugangs- Zum Paket gehört WML (Wireless Markup Language) ist eine

Sprache- Dadurch lassen sich Internet Seiten von Browsern auf

Handys darstellen- Daten die Übertragen werden werden reduziert und dem

Display angepasst- Damit Endgeräte nicht direkt mit dem Internet verbunden

werden setzt man WAP Gateways ein

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)- Leitungsvermittelte Verbindungsart höhere Übertragungsrate

durch Bündelung der Netzkanäle- Mit speziellen Engeräten lassen sich 38,4 kbit/s übertragen- Zukünftig neue Kanalcodierung dadurch 57,6 kbit/s- Abrechnung in Abhängigkeit der Verbindungsdauer

GPRS ( General Packet Radio Service)- GPRS ist ein spezielles System für die Übertragung von Informationen über

das GSM-Netzwerk - arbeitet paketvermittelnd- gute Ausnutzung vorhandener Übertragungskapazitäten- dient als Zugang in verschiedene Netze - theoretische Datenraten bis 171,2 kBit/s- Vorraussetzungen dazu: 8 gebündelte Funkkanäle und optimale

Empfangsqualität- Datenraten für einzelne Kommunikation abhängig von Anzahl anderer

Teilnehmer in Funkzelle- Funkressourcen werden geteilt- Endgerät einmal eingebucht „always online“- Austausch von Paket mit Gerät Beanspruchung der Infrastruktur

(z.B.ständiger Austausch von E-mails ohne permanente Verbindung)

EDGE (Enhanced Data- Rates for GSM Evolution)- Übertragungsverfahren nutzt spezielle PSK

Modulationsverfahren und eine komplexe Multiplextechnik- Auf GSM Kanal mit 200 KHz Bandbreite lassen sich bis zu 48

kbit/s übertragen- Übertragung von 8 Kanälen Übertragungsraten von bis zu

384 kbit/s

GSM Übertragungstechniken

• Physikalische Übertragung:

- Daten werden digitalisiert und mit einer Mischung aus Frequenz- und Zeitmultiplexing übertragen

• Logische Kanäle:

- Datenrate pro Zeitschlitz von 24,7 kbit/s wird in 22,8 kbit/s für die codierten und verschlüsselten Nutzdaten des Verkehrskanals und 1,9 kbit/s für die teilnehmerspezifischen Steuerkanäle aufgeteilt

• Sprachübertragung:

- mehrere Codes standardisiert

Full Rate Code (FR):

- Mischung aus Langzeit- und Kurzzeit-Synthese verwendet, die eine effektive Komprimierung ermöglicht

Half Rate Code (HR):

- auf einem Zeitschlitz der Luftschnittstelle zwei Gespräche gleichzeitig abwickeln

Enhanced Full Rate Codec (EFR):

- durch leistungsfähigeren Algorithmus wurde bessere Sprachqualität erreicht

> Adaptive Multirate Codec (AMR):

- während eines Gespräches misst das Mobilfunknetz die Bitfehlerhäufigkeit und wählt den dafür geeignetsten Codec aus

• Datenübertragung:

- wird Kanal für Datenübertragung genutzt, erhält man nach den Dekodierschritten eine nutzbare Datenrate von 9,6 kbit/s

• Lokalisierung:

- zur Verringerung des Aufwands im Kernnetz wird zentral nur die Location Area gespeichert, in dem sich ein eingebuchtes Mobiltelefon befindet

GSM Sicherheit

• Authentisierung:

- Teilnehmer wird bei Aufnahme ins Mobilnetz ein Subscriber Authentication Key zugeteilt

• Nutzdatenverschlüsselung:

- zur Verschlüsselung wird aus der Zufallszahl von der Authentisierung beidseitig mit dem Algorithmus A8 ein Kodeschlüssel bestimmt

• Anonymisierung:

- wird eindeutige Teilnehmerkennung IMSI, über die ein Teilnehmer weltweit eindeutig zu identifizieren ist, auf der Luftschnittstelle verborgen

UMTS

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)- UMTS Anforderungen- UMTS Anwendungen- UMTS Bedeutung- Technische Daten UMTS- UMTS Netze- UMTS Dienste- UMTS Zellgrößen & Zonenkonzept- UMTS Datenübertragungsverfahren- UMTS Übertragungsgeschwindigkeit- UMTS Systemarchitektur- UMTS Funkschnittstelle- UMTS QOS ( Quality of Service ) Güteklassen- UMTS Güteklassen

UMTS Anforderungen

verschiedene Varianten des Funkzugangs Möglichkeiten der Übertragung v. Daten und Internetzugang Verbindungen sollen für verschiedene Szenarien

konfigurierbar sein Paket- und leistungsvermittelte Übertragungen ermöglichen Unterstützung des asymmetrischen Datenverkehrs Zugang zu weiteren Netzwerken (z.B. ISDN ) Virtual Home Environments (VHE) soll Benutzer von aktuellen

Position im Netz immer auf dieselben Dienste zugreifen können

Transport v. Daten mit großem Volumen

UMTS Anwendungen

• Kommunikation (Telefonie)

• Unterhaltung (Musik, Spiele)

• Navigation (Reiseführer, Routenplaner)

• Dienste die Ortsabhängig sind (Wetter)

• Internet (Bank, E-Mail)

UMTS Bedeutung

UE - User Equipment

- besteht aus zwei Komponenten:

- Mobile Equipment (beinhaltet Mobile Endge)

- USIM-Karte (verwaltet Benutzerinformationen / Identfikation des Benutzers gegenüber Systemen)

Core Network

- inneres (Mobilfunk-)Netz ohne das Funk-Zugangsnetz

- Unterteilt in 3 Domain: Serving Network Domain, Home Network Domain, Transit Network Domain

- sorgt für flächendeckende Verbindungen mit hohen Übertragungsraten über große Entfernungen

Access Network

- Zugangsnetz soll dem Teilnehmer die Nutzung aller zukünftiger, interaktiven Verteildienste wie Video – on – Demand, Information-on-Demand, Videospiele, Teleshopping, sowie selektiven Videodienste ermöglichen

- beinhaltet Zugang der Benutzer zu Trägernetzwerk

- über hohe Übertragungsgeschwindigkeit verfügen

• Transit Network Domain

- ist wichtig um mit anderen Netzwerken zu kommunizieren• Home Network Domain- werde nicht Service Provider abhängige Dienste angesiedelt- Dienste die nicht ortsabhängig sind

• Serving Network Domain

- ist für die örtlichen Funktionen, leistungsvermittelnde - und Paketübertragung zuständig

Technische Daten UMTS

Grundlegende Funk- Technologien: Wideband CDMA (WCDMA)

Nutzfrequenzen: 1. 1,900-1,920 MHz (TDD) 2. 1,920-1,980 MHz (FDD Uplink) 3. 2,022-2025 MHz (TDD) 4. 2,110-2170 MHz (FDD Downlink) Kanalbreite: 5 MHz Chip Rate bei FDD: 3,84 Mcps Nutzertrennung: Code (CDMA), Frequenz (FDMA)

UMTS Netze

Europäische Bezeichnung für weltweiten Standard von Mobilfunknetzen der 3 Generation

Internationale ITU Bezeichnung lautet IMF2000 Gleiche Zellstruktur wie GSM Netz unterschied zu GSM Frequenzbereich, Übertragungsverfahren,

Qualitätsanforderung und Verkehrsprofile Ist abwärtskompatible das heißt GSM Handy weiter für Datenübertragung

nutzbar um Leistungsmerkmale voll nutzen zu können sind UMTS Endgeräte erforderlich Stellen Breitbanddienste mit unterschiedlichen Datenraten an Funkschnittstelle

zur Verfügung Als Kommunikationsverfahren wird Zeitmultiplex und Breitbandmultiplex

eingesetzt Übertragungsverfahren sehr Störanfällig Wenn sich Endgerät bewegt nimmt Übertragungsrate ab

UMTS Dienste

Umfasst Multimediale Dienste wie Satelliten u. erdgestützte Sendeanlagen

Dienstangebote: 1. Kommunikation (Audio & Videotelephonie)

2. Nachrichtendienst 3. Informationsverteilung 4. Standortbezogene Dienste (Navigation) 5. Geschäftsdienste 6. Massendienste (Bankdienste)

UMTS Zellgrößen & Zonenkonzept

In Ballungsgebieten kleinere Zellen (Picozellen) sollen weniger als 50 m im Durchmesser betragen

Kleine Zellgrößen können nicht flächendeckend eingerichtet werden

Bei hoher Verkehrsdichte trotzdem gute Übertragungsraten zur Verfügung zu stellen lassen sich bei UMTS die Zellgrößen dynamisch verändern

Temporäres Ausleihen von Übertragungsfrequenzen benachbarter Zellen ist möglich

Zellgröße die von Netzbetreiber verwand ist abhängig von Datenaufkommen und Nutzverhalten

UMTS Zellen & Zonenkonzept

Zone 4 3 2 1

Radius größer als 20km

350-20km 50-300m Mehrere 10m

Technik FDD FDD FDD TDD

Bewegung Bis 100 km/h Bis 500 km/h Bis 120 km/h Bis 10m

Übertragungsrate

Bis144 kbit/s Bis 144 kbit/s Bis 384 kbit/s Bis 2 Mbit/s

Bezeichnung Global (Worldzelle)

Suburban (Macrozelle)

Urban (Microzelle)

Inbuilding (Picozelle)

UMTS Datenübertragungsverfahren

- FDD Modus (Frequency Division Duplex Frequenzmultiplex) Senden Basisstation und Mobil-VST in verschiedenen

Frequenzbereichen Im Uplink Kanal sendet Mobilteil im Downlink Kanal sendet

Basisstation Datentransferrate bei FDD liegt bei 384 kbit/s für Downlink Frequenzbereich für Uplink zwischen 1,92 und 1,98 GHz Frequenzbereich für Downlink zwischen 2,11 und 2,17 GHz

TDD Modus (Time Division Multiplex) Sendet Mobil und Basisstationen im gleichen Frequenzband

zu unterschiedlichen Zeiten Wenn Sender sich bewegt oder zuweit von Basisstation

entfernt treten Timing Probleme auf Übertragungsrate von 2Mbit/s für Downlink Frequenzbereich für Uplink zwischen 1,90 und 1,92 GHz Frequenzbereich für Downlink zwischen 2,01 und 2,025 GHz

UMTS Übertragungsgeschwindigkeit

UMTS Spezifikationen im Idealfall Bandbreite von 2 Mbit/s je nach Funkzellen und Störpegel d. Funktionsschnittstelle

Praxis zwischen 384 kbit/s bis 120 km/h und 144 kbit/s bis 500 km/h

Bei hoher Auslastung der Funkzelle verringert sich die Datenrate die Übertragbar ist

Um ein zusammenbrechen der Funkschnittstelle zu verhindern verringert Funkzelle den Versorgungsbereich

Zwingt Netz Endgerät per Soft Handover zu anderer Basisstation zu gehen

UMTS Systemarchitektur

• Merkmale:- Trennung zwischen UE (User Equipment) und Infrastruktur

• Aufbau erfolgt aus der Evolution von GSM

• Architektur ähnlich der GSM Architektur  

• Node B: 

- physikalische Unit zur Übertragung von Zellen an die mobilen Endeinrichtungen

• UMTS UE:

- Bilden die mobilen Endgeräte

- erstreckt sich über Handy bis zum Notebook mit mobilen Kommunikationsmöglichkeiten

• RNC (Radio Network Controller):

- physikalische Vermittlungszentrale (ATM Switch) mobiler Verbindungen und enthält die Schnittstelle zum Festnetz

• Infrastruktur:

- umfasst das gesamte Netzwerk, sowie die Luftschnittstellen

- unterteilt in Domäne Access Network und Core Network, verbunden über Referenzpunkt

UMTS Architektur

UMTS Funkschnittstelle

Basiert auf Modulationsverfahren W-CDMA (FDD) für Frequenzbereich und TD-CDMA (TDD) für Kurzstrecken

TD-CDMA ist eng an TDMA Zugriffsverfahren von GSM angelegt es arbeitet mit Kanälen

W-CDMA ist die Weiterentwicklung von CDMA im Breitband auf d. Funkschnittstelle

CDMA ist Vielfachzugriffsverfahren (Multiple Access) auf Funkschnittstelle

Signal wird über Code Spreizung über Frequenzspektrum verteilt

Signal wird mit QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Moduliert Jedes Bit wird mit höherwertiger Bitfolge multipliziert

UMTS QoS ( Quality of Service )

Anwendung setzt bei Datenübertragung Merkmale voraus nicht vorhanden wird Anwendung abgebrochen

Das Merkmal zwischen Endgerät und UMTS Netz wird ausgehandelt

Merkmale haben Güteklassen und verschiedene Reaktionszeiten (Zeitverzögerung) und Datenintegration (Bitfehlerrate)

Wenn Nummer Nutzer auf Telefon Anwendung wählt wird Datenrate gestartet und Güteklasse gewählt

Güteklasse ist abhängig von Berechtigung d. Nutzers und Verfügbarkeit d. Nutzerabhängigkeit

UMTS Güteklassen

Klasse

Name Beschreibung Anwendung

1 Conversational

Zeitlich konstante Datenübertragung (Zeitverzögerung <400ms)

Sprache, Videotelephonie

2 Streaming Zeitlich konstante Datenübertragung

Multimedia Streaming, Video on Demand

3 Interactive Geringe Bitfehlerrate und kurze Zeitverzögerung

Internet-Zugang

4 Background Geringe Bitfehlerrate E-Mail, SMS, Datentransfer

DSL

DSL ( Digital Subcriber Line )- DSL Technik- ADSL - ADSL Funktionsweise- ADSL Architektur- ADSL Übertragungsrichtung und Verfahren- ADSL Varianten- Andere DSL Verfahren- ADSL Varianten- Voice over DSL- Powerline Communication

DSL Technik

Wenn von DSL gesprochen wird meint man eigentlich ADSL Ist eine Gruppe von Übertragungsverfahren Nutzung von Kupferdoppelladern dadurch höhere Datenübertragung als

ISDN Alle DSL Verfahren haben unterschiedliche Übertragungsraten,

Symmetrie, Frequenzbereiche und Reichweiten Übertragungsrichtungen werden unterschieden- Upstream: vom Teilnehmer zum Netz- Downstream: vom Netz zum Teilnehmer Übertragungsverfahren werden nuterschieden- Symmetrisches Verfahren: Übertragbare Datenrichtung in beiden

Richtungen gleich- Asymmetrisches Verfahren: Downstream Datenrate höher als Upstream

Datenrate

ADSL (Asynchrones DSL Verfahren)

• zur Zeit häufigste Anschlusstechnik für digitale Breitband-Endkunden-Anschlüsse ins Internet

• Asymmetrie bedeutet, dass die Datenraten in Sende- und Empfangsrichtung unterschiedlich sind, in Empfangsrichtung erheblich größer als in Senderichtung (vom Anschluss aus gesehen)

• neuer Dienst für Telephonie als Übergangslösung zum Breitband-ISDN/ATM

• ADSL - Gerätetechnik benutzt nur Frequenzbereiche, die oberhalb des für den ISDN-Basisanschluss verwendeten Frequenzbereichs von 130 kHz liegen, d.h. beide Dienste können parallel übertrage werden

• Datenübertragung in 4,3125 kHz Bändern mit einer Datenrate von je 4 kbit/s im Bereich von 138 - 275 kHz für den Upstream (1 Mbit Übertragungsgeschwindigkeit) und 275 - 1104 kHz für den Downstream (8 Mbit Übertragungsgeschwindigkeit)

• schlechten Leitungsqualität – Leitungen waren nicht für eine Bandbreite von 1 MHz vorgesehen, so müssen einzelne Bänder gegebenenfalls ausgeblendet

• Anwendung: Video on Demand und Surfen im Web

ADSL Funktionsweise

• nutzt brachliegendes Frequenzspektrum der Telefonleitung um die mehr Bandbreite für den Internet-Zugang zu Verfügung zu stellen

• 2 Modems an einer herkömmlichen Telefonleitung (Kupfer-Doppelader)

• ein Modem beim Endanwender und andere beim Netzbetreiber in der Vermittlungsstelle

• um Telephonie(POTS) und ADSL gleichzeitig nutzen zu können, sind Splitter notwendig, die die genutzten Frequenzbereiche trennen bzw. zusammenführen und in das richtige Netzwerk einspeisen

• Modem wird über eine beliebige 10 Base T-Ethernet-Netzwerkkarte an einen Computer angeschlossen feste Anbindung Anwählen entfällt

• PC und Vermittlungsstelle wie bei einer Standleitung fest verbunden

• es gibt drei konkurrierende Verfahren: DMT: Discrete Multitone CAP: Carrierless Amplitude Phase QAM: Quadrature Amplitude Modulation

ADSL Architektur

ADSL Übertragungsrichtung sowie Verfahren

Länge und der Querschnitt des Kupferkabels, Dämpfung Zwei Möglichkeiten Up- und Downstream zu trennen: Frequency Division Multiplexing (FDM):

- erzeugt einen schmalbandigen Frequenzbereich- direkt oberhalb der Sprachfrequenzen angesiedelt- breitbandige Downstream- Bereich direkt am

Upstream-Bereich Echo Cancellation (EC):

- spielt untergeordnete Rolle- Kanäle für Up- und Downstream nicht komplett getrennt - hoher technischer Aufwand zur Signaltrennung

Andere DSL Verfahren

SDSL: Single Line Digital Subscriber Line- übertragt Signale symmetrisch über ein einziges Kupferkabel - ist fähig in einem Bereich oberhalb der normalen Telephonie zu

arbeiten- es ist möglich gleichzeitig Telephonie und Daten über ein einziges

paar Kupferleitungen zu senden HDSL: High Bit-Rate DSL mit symmetrischer Bitrate > 2km- besteht aus mehreren SDSL- Leitungen- das Spektrum der Bandbreite reicht von 80 kHz bis 240 kHz

• HDSL2: HDSL 2 ist Nachfolger von HDSL und unterliegt den Normierungsstandards des ANSI (American National Standards Institute) - arbeitet auf einem Kupferpaar und soll im Vergleich zu SDSL größere Übertragungsreichweiten erzielen

VDSL: Rate Adaptive DSL mit symmetrischer und unsymmetrischer Bitrate > 2km, ähnlich dem ADSL- zur Zeit existieren noch keine Standards für VDSL UADSL: Universal ADSL (auch Splitterless DSL oder ADSL

Lite) - kommt ohne Splitter aus, man braucht ein spezielles UADSL-

Modem UADSL2: Reach Enhanced ADSL2- Reichweitenvergrößerung von 900m gegenüber ADSL- Gilt nur für ADSL over Pots (Annex A)- Analoge Telephon Anschlüsse

ADSL Varianten (over-Pots,over-ISDN,over TCM –ISDN)

Annex A (ADSL-over-Pots)- ADSL Variante - hält Frequenzbereich unter 25 KHz für analoge

Telefonleitungen frei Annex B (ADASL-over-ISDN)- ADSL Variante hält für ISDN Frequenzbereich unter 138 KHz

frei Annex C (ADSL-over-TCM-ISDN)- in Japan gibt es spezielles ISDN, das TCM-ISDN (Time Code

Multiplexed)

ADSL Vorteile

• ADSL-Speed bis zu 32x schneller als ISDN-Dual-In

• 24 Stunden online, keine regelmäßigen Disconnects

• unlimitierter Transfer

• fixer monatlicher Preis, keine zusätzliche Telefongebühren

• fixe IP (Subnetz)

• Breite Abdeckung: auch in nicht-urbanen Gebieten verfügbar

• ISDN-Backup für maximale Verfügbarkeit

• Kompetenter Support ohne zusätzliche Kosten

VoDSL ( Voice over DSL )

Durch Technik können bis zu 8 Telephongespräche bei gleichzeitigem Internetzugang über 2 adrigen Kupferleitungen übertragen werden

Leitung vom Teilnehmer zur VST wird am Ende auf ein digitales Modem geführt

Paketstrom mit Sprach und Datenpaket gelangt von VST auf Gateway dadurch wird Sprache und Daten getrennt

Es kommt zur Verzögerung bei Übertragung von Sprache und Daten

Gesamtverzögerung in DSL System liegt im Bereich von 20-50ms

Datenrate unter 1MBit/s ohne Qualitätseinbußen über DSL Anschluss

Powerline Communication (PLC)

Ermöglicht Zugang ins öffentliche Netz und Internet über Niederspannungsnetz

Energieverteilungsnetz hat Frequenz von 50Hz Um Netz zur Datenübertragung mit 30 Hz zu nutzen gilt - mit zunehmender Frequenz werden

Übertragungseigenschaften des Netzes besser sowie Störungen geringer

PLC Technik unterscheidet 2 Gesamtkonzepte die Inhouse Vernetzung & den PLC Netzzugang

Übertragungsrate von 155 kbit/s maximal Um Datenraten bis 2MBit/s übertragen zu können sind

Frequenzen unter 30MHz erforderlich

Powerline Gesamtkonzepte

Inhouse Vernetzung: Stromnetz kann PC Netzwerk errichten mit mehreren Computern

- Endgeräte benötigen Powerline Network Termination Adapter - beim Übergang von inhouse Bereich und Anschlussnetz

bildet sich Powerline Network Repeater PLC Netzzugang: Übertragungskanal für Sprache und Daten

über Stromleitung- dort ist Vermittlungsstelle des Systems unter gebracht

(Powerline Network Unit)

- PLC Frequenzen bis max. 155kbit/s

Quellenverzeichnis

Internet:- www.networks.siemens.de- www.hennekeuser.com- www.elektronik. kompendium.de- www.doppelpunkt.net- server02.is.uni-sb.de

Lektüre:- Vernetzte IT – Systeme (Stam)- IT – Handbuch (Westermann)

- Informations- und Telekommunikationstechnik, Öffentliche Netze und Dienste