Mobile Computing TU- Wien Institut für Informationssysteme Vorlesung WS‘2005 2 WStd Dipl. Ing. SINGER Michael ehem. Siemens AG Österreich, Abt. PSE michael.singer@infosys.tuwien.ac.at msinger@gmx.at

Allgemeines zur LVA Mobile Computing (1) GSM und dessen Nachfolgesysteme gehören zu den komplexesten Nachrichtensystemen, die bisher konzipiert worden sind. Das fachbezogene Wissen zum Durchdringen dieser Technologie reicht von der Informatik - Protokolle, Datenbanken - bis zu anspruchsvollen Themen der Nachrichtentechnik, wie z.B. Modulationstechnik, Sprach- und Kanalcodierung sowie Verschlüsselungstechnik. Eine Komprimierung dieses umfassenden Gebietes auf die vorgesehenen Unterrichtseinheiten kann naturgemäss nur eine Einführung in diese Technologie sein. Die Lehrveranstaltung behandelt nach einer allgemeinen Einführung in mobilfunk-spezifische Zugriffstechniken und zellulare Strukturen die wichtigsten Vertreter der öffentlichen Mobilkommunikation GSM und die Nachfolge-technologien GPRS und UMTS. In der LVA wird auf GSM relativ ausführlich eingegangen, weil das Verständnis dieses sehr sorgfältig ausgearbeiteten Systems - kein „Industrie-Standard“ sondern in Normungsgremien gemeinsam mit der Industrie erarbeitet - leichten Zugang zu anderen Mobilfunksystemen erschliesst. Trotz des engen Zeitrahmens wurde, zugunsten eines besseren Verständnisses der Zusammenhänge, darauf Wert gelegt, einfache Dimensionierungsaspekte und firmenspezifische Lösungsansätze mit einzubauen. Bestimmte Ausführungen, wie z.B. Zeitpläne der Entwicklung von Mobilfunksystemen oder detaillierte Call Flows dienen der Hintergrundinformation und sind nicht prüfungsrelevant (durch * gekennzeichnet). Nicht unmittelbar für das Verständnis erforderlicher und auch nicht für die Prüfung relevanter Stoff, der aber eine vertiefende Ergänzung bietet, ist über Querverweise im Anhang zu finden. Weiters enthält der Anhang eine Liste der wichtigsten Abkürzungen, mögliche Prüfungsfragen und eine Literaturübersicht. Da in letzter Zeit auch über GSM-Nachfolgesysteme relativ viel Literatur veröffentlicht wurde, ist noch im Einführungs-teil eine Übersicht (s. 0-3) der wichtigsten didaktisch brauchbaren einführenden Literatur enthalten. Dazu folgende kurze Anmerkungen: - GSM-Global System../ Eberspächer : didaktisch am besten für GSM geeignet - Mobilfunknetze../ Walke : am umfassendsten bei allen MF-Systemen aber eher im Stil der ETSI-Dokumente - Mobilkommunikation,,/ Schiller : umfassend, aber für UMTS und GSM zu ungenau, dafür schon viel über WLAN, BlueThooth, etc. Angegebene Download-Adresse (10 M) : www.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de/~schiller/ - UMTS,../ Muratore : wesentliche derzeitige und künftige UMTS-Aspekte in leicht fasslicher Form - UMTS Basics : kurze aber übersichtliche (als Kurs aufgebaut) und fachlich anspruchsvolle Einführung in UMTS 0-1

Allgemeines zur LVA Mobile Computing (2) - UMTS - Ein Kurs : sehr empfehlenswertes Werk, das in didaktisch brauchbarer Form einen umfassenden Überblick über UMTS inkl. Dienstarchitekturen und Mobilfunksysteme der 4. Generation bietet. Weiteres Lehrmaterial findet sich unter www.umts-einkurs.de. - GPRS Basics : kurze aber übersichtliche (als Kurs aufgebaut) und fachlich anspruchsvolle Einführung in GPRS. Literaturhinweise [nn, S. jj] werden für den an weiteren Ausführungen Interessierten nur dort gegeben, wo auf weitere Details, die für das Verständnis nicht unbedingt erforderlich sind, im Rahmen der Vorlesung nicht eingegangen werden kann. Bei GSM orientiert sich die Vorlesung streckenweise an dem Werk von Eberspächer/Vögel. Die Unterlagen sind in mit Studienbereich (..SB0 bis 7) benannte Dateien gegliedert, die jeweils einem zusammenhängenden Stoffgebiet entsprechen. Ebenso ist der Anhang in mit Anhang (..SBAnh1 bis 4) bezeichnete Dateien unterteilt. Ich wünsche Ihnen viel Spass bei der gemeinsamen Erarbeitung des Lehrstoffes über eine der innovativsten Nachrichtentechnologien. Trotzdem muss man nicht so demonstrativ wie nebenstehender Handy-Fan zeigen, dass Mobilfunk eine besonderes intelligente Technologie ist. Die Ethik-Kommission der römischen Kurie hält es für gottgewollt, dass Handys intelligenter sind als Menschen 0-2

Wichtigste Literatur 0-3 1. J.Eberspächer / H.Vögel GSM-Global System for Mobile Communication B.G.Teubner Stuttgart 1997 2. B. Walke Mobilfunknetze und ihre Protokolle, Band 1 und 2 B.G.Teubner Stuttgart 2000 3. Jochen Schiller Mobilkommunikation, Techniken für das allgegenwärtige Internet WAP, WWW, mobiles Internet, drahtloses ATM Addison-Wesley 2000 4. Flavio Muratore UMTS, Mobile Communication for the Future Wiley, 2001 5. Bernhard Walke, Marc Peter Althof, Peter Seidenberg UMTS - Ein Kurs J. Schlembach Fachverlag, 2001 6. T.O.P. BusinessInteractive (Hrsg.) UMTS Basics J. Schlembach Fachverlag, 2002 7. T.O.P. BusinessInteractive (Hrsg.) GPRS Basics J. Schlembach Fachverlag, 2003 8. Peter Bocker ISDN - Digitale Netze für Sprach-, Text-, Daten-, Video- und Multimediakommunikation Springer 1997 0-3

Grobgliederung LVA Mobile Computing (1) 1. Einführung in die Mobilkommunikation 1-1 1.1. Klassifizierung und Wachstum von Mobil- und Festnetzen 1.2. Standardisierungsgremien 1.3. Vielfach - Zugriffsverfahren, Zellulartechnik und Verkehrs-Dimensionierung, 1.4. Prinzipien drahtloser LANs GSM - als wichtigster Vertreter der Digitalen Mobilnetze der 2. Generation 21-1 2.1. Funktionen und Architekturen 2.1.1. Kenndaten eines GSM-Netzes 21-1 Frequenzspektrum, Adressierung, Dienstkategorien: Träger- und Zusatzdienste, Funk- und vermittlungstechnische Komponenten. 2.1.2. Zentrales Signalisierungssystem für Mobil- und ISDN-Festnetz 212-1 2.1.3. Beispiel für GSM-Netzdimensionierung 213-1 2.2. Funk- und Netzschnittstellen 221-1 2.2.1. Protokollarchitektur 221-1 Nutzdatenkanäle, Signalisierungsmodell, Logische Kanäle, Burst Struktur, Rahmensynchronisation, SMS-Transfer 2.2.2. Kodierung und Fehlersicherung 222-1 Speech Coding, Channel Coding, Modulation, Optimierung der Funkschnittstelle 0-4

Grobgliederung LVA Mobile Computing (2) 2.2.3. Management-Instanzen 223-1 Radio Resource Management, Mobility Management, Connection Management, 2.2.4. Zugangs- und Datenschutzmassnahmen 224-1 2.3 Call Flow Scenarios 230-1 Location Update, Mobile Terminating / Originating Call, Handover 3. Evolution zu den digitalen Mobilnetzen der 3. Generation 310-1 3.1. Neue Multi-Media-Datendienste auf Basis GSM 310-1 Übersicht: Neue Dienste - GSM2+ bis UMTS 3.1.1. HSCSD - High Speed Circuit Switched Data Service 311-1 3.1.2. GPRS - General Packet Radio Service 312-1 Dienstmerkmale, Architektur und Schnittstellen, Protokollstack, Mobility Management und logische Kanäle, Data Flow, Internet-Zugang und Roaming, Bsp.zu firmenspez. Realisierung 0-5

Grobgliederung LVA Mobile Computing (2) 3.2. UMTS - Universal Mobile Telecommunication System 320-2 3.2.1. UMTS - Umgebung und Entwicklung 321-1 Dienste und technisches Konzept, UMTS-Entwicklung 3.2.2. Radio Sub System UTRAN 322-1 Referenzmodell und Schnittstellen, Protokollarchitektur, Luftschnittstelle und Frequenzspektrum, Prinzip von CDMA- Spreizcodes, Zellenstrukturen und Funk-Resource - Ökonomie, Rahmenstruktur der physikalischen Ebene, Logische Kanäle 3.2.3. Architektur Release 99 und Release 4/5 323-1 Architektur Release 99, Protokoll Stack, Referenzmodell Release 4/5: Evolution to All-IP Core Network, Architektur Release 4/5 - Bsp.zu firmenspez. Realisierung, Prinzipien der Signalisierung bei Release 4/5 : SIP, H323. 3.3. 3G-Services 330-0 3.3.1. OSA - Open Service Access 331-1 Driving Forces behind OSA, OSA Gateway System Architecture, Categories for Services, Examples for Applications 3.3.2. Multi Media Message Service MMS 332-1 Motivation, Infrastruktur, Komponenten, Protokollstack 0-6

Grobgliederung LVA Mobile Computing (3) 3.4. Zellulare Satelliten-gestützte Mobilnetze 340-1 Techn. Daten: IRIDIUM, GLOBALSTAR, TELEDESIC Handover zwischen terrestrischen Zellen und Satellitenzellen Anhang 1 Ergänzungen (1) Anh1-1 Referenzkonf. GSM Zugang, CCS#7, Intelligent Network für Mobilnetze, GSM : Protokolle, Sprachcodierung, GPRS : Protokolle, RA-Update, GSM- und UMTS – Vermittlungseinrichtungen Anhang 1a Ergänzungen (2) Anh1a-1 Rake-Receiver. Session Initiation Protocol SIP: Prinzip, Bsp. für UMTS Verbindungsaufbau. Ausblick: IP-based Core & UTRAN, Interworking mit WLAN, Intell. Antennas. Anhang 2 Ergänzungen (3) Anh2-1 Animation Mobile Terminating Call (MTC) Anhang 3 Abkürzungen Anh3-1 Anhang 4 Literatur und Prüfungsfragen Anh4-1 Anhang 5 Wireless Application Protocol WAP Anh5-1 0-7

Termine der LVA Mobile Computing Vorlesung an folgenden Dienstagen jeweils von 16.00 bis 18.15 s.T. (3 Vorlesungsstunden) im FH HS 3. Dienstag, 11.10.05 Dienstag, 18.10.05 Dienstag, 25.10.05 Dienstag, 8.11.05 Dienstag, 22.11.05 Dienstag, 29.11.05 Dienstag, 6.12.05 Dienstag, 13.12.05 Dienstag, 20.12.05 Dienstag, 10. 1.06 1. Prüfungstermin Dienstag, 17. 1.06 2. Prüfungstermin (weitere Termine auf Anfrage) Exkursion zu den Siemens PSE - Versuchsfeldern für Mobilkommunikation, geplant : Freitag, 20. 1.06 0-8