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Mobilkommunikation: Einführung Mobilkommunikation Kapitel 1: Einführung Mobilität und ihre Auswirkungen Geschichte der Mobilkommunikation Teilnehmerzahlen.

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Präsentation zum Thema: "Mobilkommunikation: Einführung Mobilkommunikation Kapitel 1: Einführung Mobilität und ihre Auswirkungen Geschichte der Mobilkommunikation Teilnehmerzahlen."—  Präsentation transkript:

1 Mobilkommunikation: Einführung Mobilkommunikation Kapitel 1: Einführung Mobilität und ihre Auswirkungen Geschichte der Mobilkommunikation Teilnehmerzahlen Forschungsbedarf 1.0.1

2 Mobilkommunikation: Einführung Mobilkommunikation Zwei Aspekte der Mobilität: Benutzermobilität: Der Benutzer kommuniziert (drahtlos) zu jeder Zeit, an jedem Ort, mit jedermann. Gerätemobilität: Ein Endgerät kann zu einer beliebigen Zeit, an einem beliebigen Ort im Netz angeschlossen werden. Wireless vs. Mobile Beispiele stationäre Arbeitsplatzrechner Notebook im Hotel Funk LANs in nicht verkabelten Gebäuden Personal Digital Assistants (PDA) Der Wunsch nach mobiler Datenkommunikation schafft den Bedarf zur Integration von drahtlosen Netzen in bestehende Festnetze: im lokalen Bereich: Standardisierung von IEEE , ETSI (HIPERLAN) im Internet: Die Mobile IP-Erweiterung im Weitverkehrsbereich: Anbindung an ISDN durch GSM 1.2.2

3 Mobilkommunikation: Einführung Anwendungen I Fahrzeuge Empfang von Nachrichten, Straßenzustand, Wetter, Musik via DAB persönliche Kommunikation über GSM Positionsbestimmung über GPS lokales Netz mit Fahrzeugen in der Umgebung zur Vermeidung von Unfällen, Leitsystem, Redundanz Fahrzeugdaten (z.B. bei Linienbussen, ICE) können vorab in eine Werkstatt übermittelt werden, dann schnellere Reparatur Notfälle Übermittlung von Patientendaten ins Krankenhaus vor der Einlieferung, aktueller Stand der Behandlung, Diagnose Ersatz der festen Infrastruktur bei Erdbeben, Orkanen, Feuer etc. Einsatz in Krisengebieten 1.4.1

4 Mobilkommunikation: Einführung Typische Anwendung: Straßenverkehr ad hoc UMTS, WLAN, DAB, GSM, TETRA,... Personal Travel Assistant, DAB, PDA, laptop, GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth,

5 Mobilkommunikation: Einführung Anwendungen II Handelsvertreter direkter Zugriff auf Kundendaten in der Zentrale konsistente Datenhaltung über alle Mitarbeiter mobiles Büro Ersatz eines Festnetzes abgeschiedene Messstationen, z.B. Wetter, Flusspegel Flexibilität bei Messeständen Vernetzung historischer Gebäude Freizeit, Unterhaltung, Information Internet-Anschluss im Grünen tragbarer Reiseführer mit aktuellen Informationen vor Ort Ad-hoc Netzwerke für Mehrbenutzerspiele Erbaut

6 Mobilkommunikation: Einführung Ortsabhängige Dienste Umgebungsbewusstsein welche Dienste, wie Drucker, Fax, Telefon, Server etc. existieren in der lokalen Umgebung Nachfolgedienste automatische Anrufweiterleitung, Übertragung der gewohnten Arbeitsoberfläche an den aktuellen Aufenthaltsort Informationsdienste push: z.B. aktuelle Sonderangebote im Supermarkt pull: z.B. wo finde ich Pizza mit Thunfisch Nachfolgen der Unterstützungsdienste Caches, Zwischenberechnungen, Zustandsinformation etc. folgt dem mobilen Endgerät durch das Festnetz Privatheit wer soll Kenntnis über den Aufenthaltsort erlangen 1.6.2

7 Mobilkommunikation: Einführung Mobile Endgeräte L e i s t u n g Pager nur Empfang sehr kleine Anzeigen einfache Textnachrichten Mobiltelefone Sprache, Daten einfache Textanzeigen PDA einfache Grafikanzeigen Handschrifterkennung vereinfachtes WWW Palmtops kleine Tastatur einfache Versionen der Standardprogramme Laptop voll funktionsfähig Standardanwendungen Sensoren, embedded systems

8 Mobilkommunikation: Einführung Auswirkungen der Endgeräteportabilität Leistungsaufnahme begrenzte Rechenleistung, niedrigere Qualität der Anzeigen, kleinere Festplatten durch begrenzte Batterieleistung Datenverlust muss von vornherein mit eingeplant werden (z.B. Defekte) Stark eingeschränkte Benutzungsschnittstelle Kompromiss zwischen Fingergröße und Tragbarkeit evtl. Integration von Handschrift, Sprache, Symbolen Eingeschränkter Speicher Massenspeicher mit beweglichen Teilen nur begrenzt einsetzbar Flash-Speicher als Alternative 1.8.2

9 Mobilkommunikation: Einführung Drahtlose Netzwerke im Vergleich zu Festnetzen Höhere Fehlerraten durch Interferenzen Einstrahlung von z.B. Elektromotoren, Blitzschlag Restriktivere Regulierungen der Frequenzbereiche Frequenzen müssen koordiniert werden, die sinnvoll nutzbaren Frequenzen sind schon fast alle vergeben Niedrigere Übertragungsraten lokal einige MBit/s, regional derzeit z.B. 9,6kbit/s mit GSM bis zu 2MBit/s UMTS (pro Basisstation) Höhere Verzögerungen, größere Schwankungen Verbindungsaufbauzeiten via GSM im Sekundenbereich, auch sonst einige hundert Millisekunden Geringere Sicherheit gegenüber Abhören, aktive Attacken Luftschnittstelle ist für jeden einfach zugänglich, Basisstationen können vorgetäuscht werden Stets geteiltes Medium sichere Zugriffsverfahren wichtig 1.9.1

10 Mobilkommunikation: Einführung Erfindungen und Entdeckungen Schon früh wurde Licht zur Kommunikation eingesetzt Heliographen, Flaggen (Semaphore), Zeiger 150 v.Chr. Rauchsignale zur Kommunikation; von Polybius, Griechenland, berichtet 1794, Optischer Telegraph, Claude Chappe Hier ist vor allem der Einsatz von Funk von Interesse: 1831 Faraday demonstriert elektromagnetische Induktion J. Maxwell ( ): Theorie der elektromagnetischen Felder, Wellengleichungen (1864) H. Hertz ( ): Demonstriert experimentell den Wellencharakter der elektrischen Übertragung durch den Raum

11 Mobilkommunikation: Einführung Geschichte der drahtlosen Kommunikation I 1896Guglielmo Marconi erste Demonstration der drahtlosen Telegraphie (digital!) Langwellenübertragung, hohe Sendeleistungen benötigt (> 200kW) 1907Kommerzielle Transatlantik-Verbindungen sehr große Basisstationen (30 100m hohe Antennenmasten) 1915Drahtlose Sprachübertragung New York - San Francisco 1920Entdeckung der Kurzwelle durch Marconi Reflexion an der Ionosphäre kleinere Sender und Empfänger, ermöglicht durch die Erfindung der Vakuumröhre (1906, Lee DeForest und Robert von Lieben) 1926Zugtelefon auf der Strecke Hamburg - Berlin Drähte parallel zur Bahntrasse

12 Mobilkommunikation: Einführung Geschichte der drahtlosen Kommunikation II 1928viele Feldversuche mit TV (Farb TV, Nachrichten, Atlantik) 1932 Erstes Lehrfernsehen: CBS W2XAB 1933 Frequenzmodulation (E. H. Armstrong) 1958A-Netz in Deutschland analog, 160MHz, Verbindungsaufbau nur von der Mobilstation, kein Handover, 80% Flächendeckung, Teilnehmer 1972B-Netz in Deutschland analog, 160MHz, Verbindungsaufbau auch aus dem Festnetz heraus (aber Aufenthaltsort der Mobilstation muß bekannt sein) ebenso in A, NL und LUX, Teilnehmer in D 1979NMT, 450 MHz (Skandinavien) 1982Start der GSM-Spezifikation Ziel: paneuropäisches digitales Mobilfunknetz mit Roaming 1983Start des amerikanischen AMPS (Advanced Mobile Phone System, analog) 1984CT-1 Standard (Europa) für schnurlose Telefone

13 Mobilkommunikation: Einführung Geschichte der drahtlosen Kommunikation III 1986C-Netz in Deutschland analoge Sprachübertragung, 450MHz, Handover möglich, digitale Signalisierung, automatische Lokalisierung der Mobilstation abgeschaltet in Spezifikation des DECT-StandardsDECT Digital European Cordless Telephone (heute: Digital Enhanced Cordless Telecommunications) MHz, ~ m Reichweite, 120 Duplexkanäle, 1,2Mbit/s Datenübertragung, Sprachverschlüsselung, Authentifizierung, mehrere Nutzer/km 2, Nutzung in 40 Ländern 1992Start von GSM in D als D1 und D2, voll digital, 900MHz, 124 TrägerfrequenzenD1D2 automatische Lokalisierung, Handover, zellular Roaming in Europa - nun auch weltweit in über 150 Ländern Dienste: Daten mit 9,6 kbit/s, FAX, Sprache,

14 Mobilkommunikation: Einführung Geschichte der drahtlosen Kommunikation IV 1994E-Netz in Deutschland GSM mit 1800MHz, kleinere Zellen, derzeit 11 Länder als Eplus in D (Ende % der Bevölkerung erreichbar)Eplus 1996HiperLAN (High Performance Radio Local Area Network) ETSI, Standardisierung von Typ 1: 5,15 - 5,30GHz, 23,5Mbit/s ETSI Vorschläge für Typen 2 und 3 (beide 5GHz) und 4 (17GHz) als drahtlose ATM-Erweiterungen (bis 155Mbit/s) 1997Wireless LAN - IEEE IEEE-Standard, 2,4 - 2,5GHz und Infrarot, 2Mbit/s IEEE-Standard viele proprietäre Produkte schon früher 1998Spezifikation von GSM-Nachfolgern für UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) als europäischer Vorschlag für IMT-2000IMT-2000 IridiumIridium – abgeschaltet in 2000: Pleite! Inzwischen wieder eingeschaltet! 66 Satelliten (+6 Reserve), 1,6GHz zum Mobiltelefon

15 Mobilkommunikation: Einführung Geschichte der drahtlosen Kommunikation V 1999 Weitere drahtlose LANs IEEE-Standard b, 2,4 - 2,5GHz, 11Mbit/s IEEE-Standard Bluetooth für Pikonetze, 2,4GHz, < 1Mbit/s Entscheidung über IMT-2000 Mehrere Familienmitglieder: UMTS, cdma2000, DECT,... Start von WAP (Wireless Application Protocol) Erster Anfang der Verschmelzung Internet/Mobilkommunikation Zugang zu vielfältigen Informationsdiensten über ein Handy 2000GSM mit höheren Übertragungsraten HSCSD bietet bis zu 57,6kbit/s Erste GPRS-Installationen mit bis zu 115,2kbit/s 2002? Start von UMTS als Test

16 Mobilkommunikation: Einführung Mobilfunksysteme: Entwicklung im Überblick MobiltelefoneSatelliten drahtloses LAN schnurlose Telefone 1992: GSM 1994: DCS ?: UMTS/IMT : CT : Inmarsat-A 1992: Inmarsat-B Inmarsat-M 1998: Iridium 1989: CT : DECT 199x: proprietär 1995/96/97: IEEE , HIPERLAN 2005?: MBS, WATM 1988: Inmarsat-C analog digital 1991: D-AMPS 1991: CDMA 1981: NMT : NMT : CT0 1984: CT1 1983: AMPS 1993: PDC

17 Mobilkommunikation: Einführung Zukunft: ITU-R - Empfehlungen für IMT-2000 M IMT-2000 Konzepte und Ziele M Rahmenwerk für Dienste M.817 IMT-2000 Netzwerkarchitektur M Satelliten in IMT-2000 M IMT-2000 für Entwicklungsländer M Anforderungen an die Luftschnittstellen M.1035 Rahmenwerk für Luftschnittstellen und Funktionen M.1036 Frequenzspektrum M.1078 Sicherheit in IMT-2000 M.1079 Sprache/Daten im Sprachband M.1167 Rahmenwerk für Satelliten M.1168 Rahmenwerk für das Management M.1223 Evaluation von Sicherheitsmechanismen M.1224 Vokabular für IMT-2000 M.1225 Evaluation der Übertragungstechniken

18 Mobilkommunikation: Einführung Weltweite Teilnehmerzahlen für Mobiltelefonie Amerika Europa Japan andere total

19 Mobilkommunikation: Einführung Mobiltelefone je 100 Einwohner Finnland Schweden Norwegen Dänemark Italien Luxemburg Portugal Österreich Irland Schweiz Großbritannien Niederlande Frankreich Belgien Spanien Griechenland Deutschland

20 Mobilkommunikation: Einführung Mobilfunkmarkt in Deutschland Mobilfunkteilnehmer Endgeräteabsatz (Angaben in Millionen) Prognose

21 Mobilkommunikation: Einführung Vereinfachtes Referenzmodell Anwendung Transport Netzwerk Sicherung Bitübertragung Medium Sicherung Bitübertragung Anwendung Transport Netzwerk Sicherung Bitübertragung Sicherung Bitübertragung Netzwerk Funk

22 Mobilkommunikation: Einführung Einfluss der Mobilkommunikation auf das Referenzmodell Dienstelokation neue Anwendungen, Multimedia adaptive Anwendungen Staukontrolle, Flusskontrolle Dienstqualität Adressierung, Wegewahl, Endgerätelokalisierung Handover Authentifizierung Medienzugriff Multiplexing Verschlüsselung Modulation Interferenzen Dämpfung Frequenzen Anwendungsschicht Transportschicht Netzwerkschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht

23 Mobilkommunikation: Einführung Kapitelübersicht Kapitel 2: Technische Grundlagen Kapitel 3: Medienzugriff Kapitel 4: Telekommunikations- systeme Kapitel 5: Satelliten Systeme Kapitel 6: Broadcast Systeme Kapitel 7: Drahtlose LANs Kapitel 8: Drahtloses ATM Kapitel 9: Netzwerkprotokolle Kapitel 10: Transportprotokolle Kapitel 11: Mobilitätsunterstützung

24 Mobilkommunikation: Einführung Forschungsbereiche in der Mobilkommunikation Drahtlose Kommunikation Übertragungsqualität (Bandbreite, Fehlerrate, Verzögerung) Modulation, Codierung Medienzugriff... Mobilität Ortsabhängige Dienste Transparenz des Aufenthaltsorts Dienstgüteunterstützung... Portabilität Leistungsaufnahme eingeschränkte Rechenleistung, Anzeigengröße,... Handhabbarkeit

25 Mobilkommunikation: Einführung Computer für das nächste Jahrhundert? Computer sind integriert klein, billig, beweglich, austauschbar - nicht mehr als eigenständige Einheit erkennbar Technik tritt in den Hintergrund Computer erkennen selbst wo sie sind und passen sich an Computer erkennen wo welcher Benutzer ist und verhalten sich entsprechend (z.B. Weiterleiten von Gesprächen, Fax) Fortschritte in der Technik höhere Rechenleistung auf kleinerem Raum flache, leichte Anzeigen mit niedriger Leistungsaufnahme neue Schnittstellen zum Benutzer wg. kleiner Abmessungen mehr Bandbreite pro Kubikmeter vielfältige drahtlose Netzschnittstellen: lokale drahtlose Netze, globale Netze, regionale Telekommunikationsnetze etc. (Overlaynetzwerke) 1.1.1

26 Mobilkommunikation: Einführung Overlay-Netzwerke Regionalnetze Stadtnetze Campusnetze Gebäudenetze Vertikaler Handover Horizontaler Handover Integration heterogener Fest- und Mobilnetze mit stark variierenden Übertragungscharakteristika 1.3.1


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