Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. P. J. Kühn · GTP: GPRS Tunneling Protocol TCP: Transmission...

Universität StuttgartINSTITUT FÜR

KOMMUNIKATIONSNETZEUND RECHNERSYSTEME

Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. P. J. Kühn

Mobilität in der Telekommunikation

Bernd Gloss

Institut für Kommunikationsnetze und RechnersystemeUniversität Stuttgart

[email protected]

Workshop „Zukunft der Netze“VDE/ITG FA 5.2, Dortmund, 4. April 2003

• Einleitung

• Grundlagen der Telekommunikation

• Problemstellung „Mobilität“

• Lösungen

• Zusammenfassung und Ausblick

Inhalt

mailto:[email protected]

Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart

Motivation

„Netze, die Mobilität unterstützen, erlauben es Nutzern oder End-geräten, zwischen verschiedenen Teilen des Netzes zu wechselnwährend die betroffenen Kommunikationsbeziehungen erhaltenbleiben“

Grundvoraussetzung

„Um Mobilitätsunterstützung bieten zu können, müssen Tele-kommunikationssysteme über Mechanismen verfügen, dieNutzerlokationen verwalten und Daten an den momentanenAufenthaltsort eines Nutzers ausliefern“

Ziel des Tutorialbeitrags• Grundlegendes Verständnis für Komponenten der

Mobilitätsunterstützung

• Baukasten für neu zu entwerfende Systeme

Einleitung


• Diverse Kommunikationssysteme zur Unterstützung vonEndgerätemobilität (GSM, GPRS, UMTS, ...)

L1

L2

IP

UDP/TCP

GTP

IP/X.25

L1

L2

IP

UDP/TCP

GTP

L1 bis

Frame

BSSGP

LLC

SNDCP

Relay

L1 bis

BSSGP

GSM RF

Frame

RLC

Relay

LLC Relay

MAC

GSM RF

RLC

MAC

LLC

SNDCP

IP/X.25

Application

MS BSS / PCU SGSN GGSN

Um Gb Gn Gi

Internet

LLC: Logical Link Control

RLC: Radio Link Control

MAC: Medium Access

SNDCP: Subnetwork DependentConvergence Protocol

BSSGP: Base Station Subsystem

GTP: GPRS Tunneling Protocol

TCP: Transmission Control Protocol

UDP: User Datagram Protocol

ControlGPRS Protocol

Einleitung 2


IP-basierte Systeme• Mobile IP, Cellular IP, ...

wirelessaccess

Internet

network

wirelessaccessnetwork

corewire-based

accessnetwork

Einleitung 3


Grundlagen der Telekommunikation


Beschreibung von Telekommunikationssystemenend system

relay system

link segments

end systemapplication entities

relay system



Beschreibung von Telekommunikationssystemenend system

relay system

link segments

end systemapplication entities

relay system

peerinstances

relay system relay system

7 Application

6 Presentation

5 Session

4 Transport

3 Network

2 Data Link

1 Physical

7 Application

6 Presentation

5 Session

4 Transport

3 Network

2 Data Link

1 Physical

peer instances

peerinstances

peerinstances



Beschreibungsform für Kommunikationssysteme

• Schichtung (z.B. OSI, Internet-Modell, ...)

• Adjacent Layer Protokolle und Dienstprimitive

• Peer-to-Peer Protokolle

system A

(n+1)-entity

(n)-entity

system B

(n+1)-entity

(n)-entity

request confirmation response indication

(n+1)-protocol

(n)-protocol

Grundlagen der Telekommunikation 2


Problemstellung „Mobilität“


Problem• Mobiler Nutzer bzw.

mobiles Endgerätwechselt den Netz-zugangspunkt

• Rekonfiguration oderAustausch untererSchichten

CMN

MN

Netzzugang #1

Netzzugang #2

Bewegung /Rekonfiguration

Kommunikations-partner

Kommunikationsnetz (allg.)

Adressierung und Nummerierung


Problem• Mobiler Nutzer bzw.

mobiles Endgerätwechselt den Netz-zugangspunkt

• Rekonfiguration oderAustausch untererSchichten

CMN

MN

Netzzugang #1

Netzzugang #2

Bewegung /Rekonfiguration

Kommunikations-partner


(n)-entity (n)-entity

(n+1)-entity (n+1)-entity

(n)-entity

(n+1)-entity

(n)-SAPs

(n+1)-SAPs

(n+1)-protocol

(n)-protocol

Adressierung und Nummerierung


Hierarchische Nummerierung

nationaldestinationcode

subscribernumber

+49-711-1234567

countrycode

Adressierung und Nummerierung 2


Hierarchische Nummerierung

nationaldestinationcode

subscribernumber

+49-711-1234567

countrycode

yet not defined

multicast-address (28 bit)

local address (24 bit)



0 network (7 bit)

10 network (14 bit)

110 network (21 bit)

1110

1111

class A

class B

class C

class D

future

Adressierung und Nummerierung 2


Lösungen


Grundverfahren #1: Änderung der Adresse

Netzzugang #1

Kommunikationspartner(62.17.104.3)

(129.69.171.2)Kommunikationsnetz (allg.)

MN

C

Verfahren zur Mobilitätsunterstützung



Netzzugang #1

Netzzugang #2

(1) MN bewegt sich


(129.69.171.2)Kommunikationsnetz (allg.)

MN

C MN




Netzzugang #1

Netzzugang #2

(1) MN bewegt sich


(129.69.171.2)

(134.21.19.2)

(2) MN bezieht neueAdresse


MN

C MN




Netzzugang #1

Netzzugang #2

(1) MN bewegt sich


(129.69.171.2)

(134.21.19.2)


(3) MN registriertneue Adresse


MN

C MN




Netzzugang #1

Netzzugang #2

(1) MN bewegt sich


(129.69.171.2)

(134.21.19.2)



(4) C sendet an dieneue Adresse


MN

C MN




• Rekonfiguration der Schichten 1 bis n

• Betroffen sind die Schichten 1 bis (n+1)

• Erste nicht-betroffene Schicht ist die Schicht (n+2)

• Pro: gute Skalierbarkeit; Contra: hohe Signalisierungslaufzeiten

Netzzugang #1

Netzzugang #2

(1) MN bewegt sich


(129.69.171.2)

(134.21.19.2)



(4) C sendet an dieneue Adresse


MN

C MN



Grundverfahren #2: Änderung der Route

MN is atinterface B2

MN is atinterface C2

B2 B3

C2 C3

MN is atinterface A2

A2 A3

MN is atinterface D1

D3D2

D1C1

B1

MobileNode

Ebene 1

Ebene 2

Ebene 3

A1

(129.69.171.2)

Verfahren zur Mobilitätsunterstützung 2



MobileNode

MobileNode

(1) MN bewegt sich



B2 B3

C2 C3


A2 A3


D3D2

D1C1

B1

A1

(129.69.171.2)




MobileNode

MobileNode

(1) MN bewegt sich

(2) MN bindet sich anneuen Netzzugang



B2 B3

C2 C3


A2 A3


D3D2

D1C1

B1

A1

(129.69.171.2)




MobileNode

MobileNode

(1) MN bewegt sich


(3) Routing-Änderungenwerden aktiviert



B2 B3

C2 C3


A2 A3


D3D2

D1C1

B1

A1

D3

B3

C1

(129.69.171.2)




• Pro: lokale Signalisierung; Contra: schlechte Skalierbarkeit



B2 B3

C2 C3


A2 A3


D3D2

D1C1

B1

A1

• Rekonfiguration derSchichten 1 bis n

• Betroffen sind dieSchichten 1 bis n

• Erste nicht-betroffeneSchicht ist dieSchicht (n+1)

MobileNode

MobileNode

(1) MN bewegt sich


(3) Routing-Änderungenwerden aktiviert

D3

B3

C1

(129.69.171.2)



Mobile IP

321

321

21

321

543

67

34567

Mobile IP Tunnel

MIP Home Agent

System A System B

Foreign Network 2

Daten

Daten

Home Network

Home Agent

IP-in-IP Tunnel

Foreign Network 1

Signalisierung

• Problem:Systemrekonfigurationenkönnen sich in mehr als einerSchicht des Protokollstapelsauswirken

• Abhilfe:Overlay-Architekturansatz

Architekturen zur Mobilitätsunterstützung


• Diverse Kommunikationssysteme zur Unterstützung von Mobilität

L1

L2

IP

UDP/TCP

GTP

IP/X.25

L1

L2

IP

UDP/TCP

GTP

L1 bis

Frame

BSSGP

LLC

SNDCP

Relay

L1 bis

BSSGP

GSM RF

Frame

RLC

Relay

LLC Relay

MAC

GSM RF

RLC

MAC

LLC

SNDCP

IP/X.25

Application

MS BSS / PCU SGSN GGSN

Um Gb Gn Gi

Internet

LLC: Logical Link Control

RLC: Radio Link Control

MAC: Medium Access

SNDCP: Subnetwork DependentConvergence Protocol

BSSGP: Base Station Subsystem

GTP: GPRS Tunneling Protocol

TCP: Transmission Control Protocol

UDP: User Datagram Protocol

ControlGPRS Protocol

Architekturen zur Mobilitätsunterstützung 2


Zusammenfassung und Ausblick


Zusammenfassung• Betrachtet: Grundkonzepte der Mobilitätsverwaltung

• Es gibt zwei Formen der Mobilitätsunterstützung:Adress-Änderung, Routen-Änderung

• Architekturen für hierarchisch Behandlung von Mobilität(Abwägung Aufwand – Ergebnis möglich)

• Mobilitätsunterstützung in verschiedenen Schichtendes Protokollstacks möglich, aber immer ähnlich

Ausblick• Weitere Aspekte der Mobilitätsverwaltung

• Netzerkennung

• Handover Konzepte

• Paging

(können ähnlich betrachtet werden)

Zusammenfassung und Ausblick

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