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Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Grobgliederung LVA Mobile Computing (1) 1. Einführung in die Mobilkommunikation 1-1 1-1 1.1.

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1 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Grobgliederung LVA Mobile Computing (1) 1. Einführung in die Mobilkommunikation Klassifizierung und Wachstum von Mobil- und Festnetzen 1.2. Standardisierungsgremien 1.3. Vielfach - Zugriffsverfahren, Zellulartechnik und Verkehrs-Dimensionierung, 1.4. Prinzip von Zellen-orientierten Mobilfunksystemen 1.5. Prinzipien drahtloser LANs 2. GSM - als wichtigster Vertreter der Digitalen Mobilnetze der 2. Generation Funktionen und Architekturen Kenndaten eines GSM-Netzes Frequenzspektrum, Adressierung, Dienstkategorien: Träger- und Zusatzdienste, Funk- und vermittlungstechnische Komponenten Zentrales Signalisierungssystem für Mobil- und ISDN-Festnetz Beispiel für GSM-Netzdimensionierung Funk- und Netzschnittstellen Protokollarchitektur Nutzdatenkanäle, Signalisierungsmodell, Logische Kanäle, Burst Struktur, Rahmensynchronisation, SMS-Transfer Kodierung und Fehlersicherung Speech Coding, Channel Coding, Modulation, Optimierung der Funkschnittstelle 0-4

2 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Prinzipien von drahtlosen lokalen Netzen (3) 1-29 Das oben beschriebene ursprünglich nur für Datenverkehr konzipierte Zugriffsverfahren CSMA/CA entspricht einem asynchronen oder statistischen Zeitmultiplex-Zugriff. Im Vergleich zu dem in 1-9 vorgestellten Verfahren nach dem Prinzip CS- Circuit Switch mit regelmässiger Zuordnung von gleich grossen Zeitschlitzen nutzt CSMA/CA das Medium effizienter (analog einem Prinzip PS Packet Switch, wie z.B. IP-orientierter Datenfluss), kann jedoch keinen sog. Quality of Service bieten ( nur best effort) hinsichtlich definiertem Durchsatz oder Verzögerungen.1-9 Daher wurde zur Unterstützung von echtzeitkritischen Anwendungen der optionale Zugriffsmechanismus PCF-Point Coordination Function eingeführt. Ein im Access Point arbeitender Point Coordinator sorgt (durch Polling ) für einen wettbewerbsfreien Zugriff auf das drahtlose Medium, wodurch sich ein bestimmtes Mass an Dienstqualität für Übertragungen zwischen den Endgeräten ergibt. Dazu werden vom Point Coordinator in regelmäsigen zeitlichen Abständen zwei unterschiedliche Zeitrahmen – Contention Period für DCF-Betrieb und Contention Free Period für PCF-Betrieb – vorgesehen. Die Nutzungseffizienz des Mediums ist jedoch infolge des Polling-Verfahrens im Vergleich zu DCF reduziert. Durch die Eigenschaften von CSMA/CA kann in WLANs das Problem Hidden Node auftreten, wenn aufgrund einer mangelhaften Funkausbreitung nicht alle drahtlosen Endgeräte untereinander kommunizieren können, siehe Beispiel in 1-28 (links unten) : Endgerät A ist nicht im Sende/Empfangsbereich von C. Will A an B senden und C ebenfalls an B senden, so kommt es in B zu einer Kollision, da C das Senden von A nicht mitbekommt. Zur Abhilfe wurde ein zusätzlicher Mechanismus eingeführt: A teilt B seine Sendeabsicht durch RTS – Request To Send mit. B bestätigt mit CTS – Clear To Send. Sowohl RTS als auch CTS enthalten Angaben über die Grösse des zu übertragenden Datenpaketes. CTS kann nun aber auch von C empfangen werden und C ist daher über die Sendeabsichten von A informiert, sodass ein weiterer Sendeversuch von C entsprechend verschoben werden kann. Unterschiedliche WLANs werden meist verschiedenen Trägern zugeordnet, oft auch in Kombination mit Frequency Hopping. Aus Sicht der Darstellung in 1-7 liegt somit eine Kombination aus Frequenz- und Zeitmultiplex als Zugriffstechnik vor1-7

3 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Gemessene Qualitätsmerkmale des Funkkanals: – Messung der Signalstärke und Qualität von Uplink durch BS und Downlink durch MS (Meldung alle 0,48 sec an BS über SACCH, wenn TCH zugeteilt) – MS meldet die 6 höchsten Signalstärken der umgebenden BS (BCCH-Träger, Zeitschlitz 0) mit zugeh. BSIC (BS Identification Code) alle 0,48 sec über SACCH an eigene BS. – BS berechnet aus der Zeitverschiebung empfangener Bursts die ungefähre Entfernung der MS zur Ermittlung der Timing Advance TA (s ff ) ff – BS mißt Interferenzstärken auf eigenen und freien Kanälen anderer Zellen (darunter vor allem die Broadcasting Channels) zwecks evtl. Wechsels – Verkehrslasten werden von BS an OMC geschickt. Gemäss u.a. Grafik erfolgt die Messung von umgebenden BS bei belegtem TCH im IDLE-Rahmen des TCH- Multiframes (Slot 26). Infolge des Längenverhältnises von TCH- zu BCCH-Multiframe von 26 zu 51 ist spätestens nach 11 TCH-Multiframes ein FCCH-Burst (Slot 1,11,21,31,41) einer benachbarten BS im TCH-IDLE sichtbar. MS erkennt aus dem zeitlich unmittelbar folgenden SCH-Slot die Identität einer benachbarten BS. Bei TCH/H-Betrieb (Halfrate) wird der jeweils nicht benutzte SACCH-Slot als Search-Slot genutzt. Im aktiven Ruhezustand kann MS unmittelbar im Rahmen des Zeitrasters auf einen FCCH der Nachbarzelle zugreifen [ 18, S. 105].Multiframe Aufgabe des Radio Resource Management (RR) (2) TCH-Multiframe-Folge BCCH-Multiframe-Folge einer Nachbarzelle

4 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Intra-MSC Handover (4), HO-Entscheidung Handover aufgrund günstigerer Pfadverluste RXLEV_ MIN(B) MS_TXPWR_MAX(B) Annahme: PWR_C_D = 0, also BTS auf voller Leistung RXLEV_ DL RXLEV_ NCELL(B) Zelle A Zelle B Zelle A Zelle B HO_MARGIN Handover MS MS_TXPWR_MAX(A) MS_ TXPWR_ MAX - RXLEV_DLMS_ TXPWR_ MAX(B) - RXLEV_NCELL(B) Bewegungsrichtung RXLEV_DL Empfangsfeldstärke im Downlink der aktuellen Zelle (A) RXLEV_NCELL(B) Empfangs- feldstärke des BCCH der benachbarten Zelle (B) MS_TXPWR_MAX max. Leistung, mit der MS in aktueller Zelle senden darf. MS_TXPWR_MAX (B) max. Leistung, mit der MS in benachbarter Zelle (B) senden darf.

5 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Intra-MSC Handover (5), HO-Entscheidung In sind in der oberen Abbildung der Verlauf der Empfangsfeldstärken in den betrachteten Zellen dargestellt, während die untere Abbildung den Verlauf der Differenz aus dem in der jeweiligen Zelle zulässigen Maximalwert für die Sendeleistung und dem aktuellen Wert für die Empfangsfeldstärke zeigt. Damit entspricht die Grafik in der unteren Abbildung dem Verlauf der jeweils benötigten Sendeleistungen. Die Darstellung entspricht den Verhältnissen am Rand der Zelle A bei ausgeschöpfter Reserve der Sendeleistungskontrolle bei der BTS (PWR_C_D = 0). Alle Zellen n, die aufgrund des RXLEV_NCELL(n) und ihres geringeren Pfadverlustes als der aktuelle Kanal als Handover-Ziele in Frage kommen, werden in HANDOVER REQUIRED nach Pfadverlusten sortiert dem MSC gemeldet. Das MSC entscheidet, zu welcher Zelle der Handover durchgeführt wird. Dabei wird mit abnehmender Priorität nach folgender Reihung vorgegangen: RXQUAL, RXLEV, DISTANCE und Pfadverlust entsprechend PBGT. Diese Priorisierung ist besonders dann von Bedeutung, wenn nicht genügend freie Verkehrskanäle zur Verfügung stehen und die HO-Rufe um diese Kanäle konkurrieren. D.h. es kann in einer solchen Situation auf die Optimierung der Wirtschaftlichkeit (relativ geringste Sendeleistung) bei sonst noch akzeptablen Messwerten verzichtet werden. [18, S. 248]

6 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Evolution zu All-IP Transportnetz (5), Rel. 99 (R 3) Packet Domain UTRAN Iu PS Iu CS Circuit Domain PSTN ISDN Ausgangspunkt: die felderprobte UMTS Version 3GPP R99 BSS Gb A GMSC INTERNET SGSN GGSN RNC ATM IP TDM CCS#7 Radio accessCore Network Signalling PSTN Public Switched Telecom. Network SCP Service Control Point, Intell. Network Data Base HSS Home Subscriber Server TC Transcoding BSC SERVICE & HOME ENVIRONMENT SCP HSS MSC TC TDM IP ATM TDM

7 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Evolution zu All-IP Transportnetz (6), Rel UTRAN PSTN ISDN Iu PS Iu CS Packet Domain Circuit Domain 3GPP R4: - Der erste Schritt in Richtung Data & Voice Integration BSS Gb A INTERNET SERVICE & HOME ENVIRONMENT SCP HSS RNC SGSN GGSN MSC Call Server GMSC Call Server AGW TC TGW TC CCS#7 Radio accessCore Network MGCP ATM IP TDM Signalling BSC PSTN Public Switched Telecom. Network AGW Access Gateway TGW Transit Gateway SCP Service Control Point, Intell. Network Data Base HSS Home Subscriber Server TC Transcoding ATM IP ATM IP TDM

8 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Digitale Mobilkommunikation, 2. Generation Einführung, GSM : Funktionen und Architekturen Prinzip von Multiplex-Strukturen im Funkkanal (Zugriffsverfahren, UL/DL Trennung,..)Prinzip von Multiplex-Strukturen im Funkkanal Warum und unter welchen Voraussetzungen ist das Spreizcodeverfahren CDMA störungssicherer als andere Zugriffsverfahren? Vergleich der Kapazitätsgrenzen einer Mobilfunkzelle FDMA/TDMA versus CDMA Prinzip eines zellularen Mobilfunksystems Wie unterscheiden sich zellulare Mobilnetze vom Typ GSM und WLAN hinsichtlichWie unterscheiden sich zellulare Mobilnetze vom Typ GSM und WLAN Zugriffstechnik und Nutzung des Funkmediums ? Die adressierbaren Bereiche eines GSM-Netzes Die Träger- und Telematikdienste im GSM-Netz Mobilfunk-spezifische Aspekte bei den Supplimentary Services im Vergleich zu ISDN Architektur eines GSM-Netzes und grundsätzliche Signalisierungsbeziehungen, sowie die Aufgabe der unterschiedlichen Datenbasen im GSM-Netz Dimensionierung der Verkehrsleistung von Mobilfunkzellen und Bestimmung derDimensionierung der Verkehrsleistung von Mobilfunkzellen erforderlichen Cluster-Größe, Frequenz-Wiederholabstand, etc. bei gegebenem Störabstand und vice versa Grobdimensionierung einer MSC abhängig von der Verkehrsleistung des betreutenGrobdimensionierung einer MSC Funkbereichs Grundsätzliche Aufgabe des zentralen Signalisierungssystems: Einsatzbereich, Prinzip der Nachrichtenlenkung, Aufgabe von MTP / Userparts, Adressierung Prinzipielle Aufgabe von #7-MAP und #7-ISUP-Nachrichten im Rahmen des Verbindungs- Prinzipielle Aufgabe von #7-MAP und #7-ISUP-Nachrichten aufbaues und Mobility Managements Mögliche Prüfungsfragen (1) Anh.4 - 4

9 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme GSM : Funk- und Netzschnittstellen, Call Flow Scenarios Die Schnittstellen Um und A im GSM-System hinsichtlich Übertragungstechnik, Nutzdaten (Sprache, Daten) und Signalisierungsebenen Welche logischen Kanäle werden in welcher Phase des Verbindungsaufbaus genutzt?Welche logischen Kanäle Wie wird Synchronisation und Laufzeitausgleich zwischen MS und BTS durchgeführt ? Wo liegen die Grenzen einer GSM-Zelle hinsichtlich Durchmesser?Wo liegen die Grenzen einer GSM-Zelle Die unterschiedliche Behandlung von Sprach-, Datenverkehrs- sowie Signalisierungskanälen im GSM-Netz hinsichtlich Sprachcodierung, Kanalcodierung und sonstiger Massnahmen zurSprachcodierung, Kanalcodierung Sicherung der Datenübertragung Ursache für Verzögerungen bei Sprach- bzw. DatenübertragungUrsache für Verzögerungen Die Übertragung von Nutzsignalen in der Signalisierungsebene, Vergleich mit MMSDie Übertragung von Nutzsignalen in der Signalisierungsebene Wie ermittelt die MS welche Messwerte zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Verbindungsqualität? Verwaltung der Bewegungsdaten: involvierte Datenbasen, Aktualisierungsanlässe, möglicheVerwaltung der Bewegungsdaten Aktualisierungsszenarien und betroffene mobilitätsrelevante Parameter Wie wird die gerufene Mobilstation gefunden bzw. die Verbindung zu ihr aufgebaut undWie wird die gerufene Mobilstation gefunden welche mobilitätsrelevanten Parameter werden dabei aus welchen Datenbasen abgefragt ? Was versteht man unter Handover, welche Szenarien sind vorgesehen, welcheWas versteht man unter Handover Voraussetzungen für HO gibt es und wie verteilen sich HO-Funktionen auf Instanzen? Wie wird die Verbindung zur Mobilstation bei Handover zwischen Zellen unterschiedlicherHandover zwischen Zellen unterschiedlicher MSC- Bereiche aufrech erhalten? Welche Handover-Massnahme ist bei schlechter Signalqualität (hohe Bitfehlerhäufigkeit) aberWelche Handover-Massnahme ist bei schlechter Signalqualität brauchbarem Pegel sinnvoll ? Mögliche Prüfungsfragen (2) Anh.4 - 5

10 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme Anh Wer initiiert Location Update bzw. Handover ? Zugangs- und Datenschutzmaßnahmen im GSM-Netz : Schlüssel-Algorithmen, Authentifizierung, Ciphering In welchen Datenbasen werden welche Sicherheitsparameter permanent oder temporärIn welchen Datenbasen werden welche Sicherheitsparameter gespeichert bzw. generiert ? Welche Sicherheitsparameter werden über die Luftschnittstelle und welche zwischen MSC und BSS übertragen? Evolution zu Mobilfunksystemen der 3. Generation Maßnahmen zur Erhöhung der Bitrate auf Basis bestehender GSM-KanalstrukturMaßnahmen zur Erhöhung der Bitrate Vergleich bestehender GSM-Datendienste mit neuem Datendienst GPRS hinsichtlich Datentransferraten, Nutzung der Funkresourcen, Vergebührung,Verbindungsmodus und Quality of Service GPRS: Zusätzliche Infrastrukturelemente und Datenbasen im Vergleich zu GSM GPRS: Welche Einstellungen sind Voraussetzung zur Übertragung unterschiedlicherGPRS: Welche Einstellungen sind Voraussetzung zur Übertragung User-Protokolle zwischen MS und ISP (Internet Service Provider) ? GPRS: Welche Massnahmen sind seitens der Basisstation erforderlich, um ein Datenpacket an die MS im STANDBY bzw. READY-State zu übertragen ? Welchen Einfluss hat der Status STANDBY bzw. READY auf die Location Update Strategie ?Status STANDBY bzw. READY auf die Location Update GPRS: Aktualisierung der Bewegungsdaten: Anlässe, betroffene Daten und Datenbasen; Lösung der Handover-Situation GPRS: Prinzip der Lenkung der Datenpakete durch das GPRS-NetzDatenpakete durch das GPRS-Netz GPRS: Wie werden Non GPRS Funktionen durchgeführt?Non GPRS Mögliche Prüfungsfragen (3)

11 Mobile Computing TU - Wien, Institut für Informationssysteme UMTS / Schnittstelle Uu: unterschiedliche Duplexverfahren, Zugriffsverfahren und Bitraten;unterschiedliche Duplexverfahren, Zugriffsverfahren und Bitraten durch welche 3 Massnahmen können variable Bitraten erzielt werden ?variable Bitraten UMTS: Zusammenhang von Spreizfaktor, Kanalanzahl und Bitrate/KanalSpreizfaktor, Kanalanzahl und Bitrate/Kanal Vergleich der Spektrumsnutzung von GSM und UMTSSpektrumsnutzung von GSM und UMTS Zellularstruktur : Wiederverwendung von Funkresourcen bei UMTS/FDD im Vergleich zu GSM ? Unter welchen Voraussetzungen bietet UTRAN eine WLAN ähnliche Betriebsart ? UMTS-UTRAN: Massnahmen zur Übertragung von Multimedia-Bitströmen mit rasch wechselnden Bitraten und Verkehrsarten; welche Bedeutung haben dabei die unterschiedlichen Typen von logischen bzw. Transport-Kanälen und der Parameter TFCI ?logischen bzw. Transport-KanälenParameter TFCI UMTS: Unterschiede bzgl. Handover-Abwicklung GSM - UMTS; was versteht man unterUMTS: Unterschiede bzgl. Handover-Abwicklung GSM - UMTS Soft-Handover ?Soft-Handover UMTS: Die unterschiedliche Behandlung von Realzeitverkehr (Sprache, Video) in R.99 undBehandlung von Realzeitverkehr R.4/5/6 Satellitengestützte Mobilnetze: Anzahl von Handover- bzw. LocationUpdate- Ereignissen beiAnzahl von Handover- bzw. LocationUpdate- Ereignissen zellularen LEO-Satellitensystemen im Vergleich zu terrestrischen Mobilfunknetzen Mögliche Prüfungsfragen (4) Anh Das sollte jetzt für Sie kein Problem mehr sein !! Neuinstallieren von Handies nimmt in Deutschland 160 Millionen Mann-Stunden in Anspruch. Allein mit dieser Tätigkeit könnten also neue Stellen geschaffen werden.


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