Drahtlose Anbindung an Internet und GIS Mobile GIS Drahtlose Anbindung an Internet und GIS

Inhalt Motivation Drahtlose Netze Wireless LAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Motivation Steigerung von Flexibilität und Mobilität immer und überall bequem Zugang zum Internet 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. Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Drahtlose Netze Drahtlos vs. Mobil Beispiele Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS stationäre Arbeitsplatzrechner WLANs in nicht verkabelten Gebäuden Personal Digital Assistant

Kategorien drahtloser Kommunikation Systeme drahtloser Kommunikation drahtlose lokale Netze Wireless Personal Area Networks Mobiltelephonie Zellularer Mobilfunk Schnurlos-Telefonie Wireless LAN HIPERLAN Wireless ATM Home RF Funk Infrarot Bluetooth IrDA GSM GPRS / HSCSD UMTS DECT

Wireless LAN nach IEEE 802.11 jeder Rechner erhält ein Sende- u. Empfangsmodul: die Netzwerkkarte Datenübertragung per Funk weltweit im Frequenzbereich um ca. 2,4 GHz Teilnehmer des WLANs können unmittelbar miteinander Verbindung aufnehmen über eine als “Brücke“ fungierende Zentralstation (Access Point) kommunizieren Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Architektur - Ad-hoc Netzwerk Direkte Kommunikation mit begrenzter Reichweite Station (STA): Rechner mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose Medium Basis Service Set (BSS): Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen => Unterschiedliche BSSs durch Raummultiplex (genügend Abstand) oder Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen

Architektur - Infrastrukturnetz Access Point (AP): Station, die sowohl in das Funk - LAN als auch das verbindende Festnetz integriert ist Distribution System (DS): Verbindung verschiedener Zellen um ein Netz zu bilden z.B. Ethernet - Netzwerk Festnetz

Charakteristik Reichweite Offen = im Freien Halboffen = z.B. Flure, Großraumbüros mit Sichtschutz, Fabrikhallen Geschlossen = z.B. geschlossene Räume Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Kapazität Brutto: 11 Mbit/s Netto: 400 - 600 KByte/s

Anwendungen spontane Netzwerke Benutzer von mobilen PCs können spontan Netzwerkverbindungen untereinander herstellen Daten austauschen gemeinsame Druckernutzung Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Anwendungen drahtlose Büros kleine Netzwerke mit mehreren PCs gemeinsamer Zugriff auf Dateien, Drucker direkte Verbindung zum Internet über integrierten ISDN - Router Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Anwendungen Mobile Networks Mitnahme des Notebook in Konferenzen, zu Präsentationen oder zu einem anderen Arbeitsplatz dabei immer online mit Intranet verbunden Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Bluetooth Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Kurzstrecken - Funkstandard zur Übertragung von Daten u. Sprache weltweit lizenzfreies 2,4 GHz Band Bluetooth - Funkmodul 35 x 14 x 2 mm gross Kosten: ca. 15 € => 5 € in unterschiedlichste Geräte einbaubar z.B. Notebook, Handy, PDA, Drucker, Digitalkamera

Frequency Hopping Arbeitsbereich: 2,402 GHz - 2,480 GHz kommunizierende Geräte “springen“ gemeinsam durch den Frequenzraum 79 Schritte zu je 1 MHz Abstand Frequenzwechsel: 1600 Mal pro Sek. Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS kommunizierende Geräte müssen übereinstimmen in: gewählten Frequenzsprüngen Timing Netze in räumlicher Nähe stören sich nur, wenn sie zufällig zum gleichen Zeitpunkt die gleiche Frequenz verwenden

Bluetooth-Netz: Piconet jedes Gerät hat eine eindeutige 48-bit-Adresse u. eine eigene Uhr Piconet besteht aus einem Master einem oder mehreren (max. 7) Slaves Master definiert die Frequenzy Hopping Parameter = übernimmt Steuerfunktion reine Master/Slave-Kommunikation keine Kommunikation der Slaves untereinander Einleitung WLAN Bluetooth

Scatternets Bluetooth Geräte können in mehreren Piconetzen mitwirken Einleitung WLAN Bluetooth Bluetooth Geräte können in mehreren Piconetzen mitwirken Scatternet Jedes Gerät kann zu jedem Zeitpunkt an genau einem Piconet teilnehmen.

Charakteristik Reichweite Kapazität keine Sichtverbindung erforderlich Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Reichweite 10 m 100 m mit zusätzlichen Verstärkern Kapazität 1 Mbit/s keine Sichtverbindung erforderlich

Anwendungen Postkarten können selbst erstellt u. sofort verschickt werden: Kamera übermittelt die Fotos unmittelbar zum Handy Über GSM wird das Bild zum Laptop übertragen universeller Internet-Zugriff über die Funkstrecke: unmittelbar auf Zugänge zum Internet-Festnetz auf ein mobiles Telefon, das dann drahtlose Kommunikation über größere Entfernungen ermöglicht

GSM Global System for Mobile communication Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Grundlage: zahlreiche Basisstationen mit Sende- u. Empfangsantenne Versorgung / Überdeckung eines bestimmten Bereichs (Zelle) Verwendung des 900 bzw. 1800 MHz Frequenzbandes GSM 900 (D-Netz) GSM 1800 (E-Netz)

Netzstruktur verfügbare Frequenzen sind beschränkt Zellulare Netze effiziente Nutzung ist erforderlich Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Zellulare Netze

Zellulare Netze Frequenzen wirken nur auf geographisch begrenztem Raum Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Frequenzen wirken nur auf geographisch begrenztem Raum jeder Zelle wird eine Frequenz zugeordnet Wiederverwendung in ausreichender Entfernung benachbarte Sender müssen auf unterschiedlichen Frequenzen arbeiten mehrer Zellen werden zu einem Cluster zusammengefasst

Netzarchitektur MS = Mobile Station BTS = Base Tranceiver Station nächstgelegen Basisstation BSC = Base Station Controller Kontrolleinrichtung der Basisstationen unterstellt sind Lenkung u. Kontrolle des Datenverkehrs MSC = Mobile Switsching Centers Mobilvermittlungsein-richtung ermöglicht Zugang zu anderen Netzen

Duplexübertragung Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Ziel: Übertragung zwischen beiden Endpunkten “gleichzeitig“ Trennung der Kommunikation vom mobilen Gerät zur Basisstation = Uplink von der Basisstation zum mobilen Gerät = Downlink

Frequenzy Division Duplex (FDD) Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Nutzung verschiedener Frequenzen für Uplink u, Downlink in GSM

Vielfachzugriffsverfahren Ziel: Auf dem Funkkanal in Reichweite einer Basisstation wollen mehrer Mobilstationen gleichzeitig aktiv sein. Time Division Multiple Access (TDMA) Frequency Division Multiple Access (FDMA) GSM verwendet eine Kombination aus beidem Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

FDMA in GSM Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS 25 MHz Bänder (je Uplink u. Downlink) werden in 125 Kanäle zu je 200 kHz geteilt

TDMA in GSM Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS jeder Frequenzkanal wird zyklisch in 8 Zeitschlitze (Slots) unterteilt 1 Zyklus hat die Länge 4.613 ms 1 Zeitschlitz hat die Länge 15/26 ms Bruttodatenrate im Gesamtkanal (200 kHz) ist 271 kbit/s Bruttodatenrate pro Zeitschlitz ist 33.875 kbit/s 8 physikalische Kanäle (je 33.875 kbit/s) pro Funkkanal

Charakteristik maximale Datenübertragungsrate: 9,6 kBit/s Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS maximale Datenübertragungsrate: 9,6 kBit/s ausreichend für: Übersendung von e-mails ohne Dateianhang Ansicht schlanker Webseiten Abrechnung nach Zeit Nachrüstung von zwei neuen Techniken mit höhere Übertragungsrate

GPRS General Packet Radio Service Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS Vorstufe zur 3. Mobilfunkgeneration setzt auf bestehendem GSM-Standard auf das bestehende Funknetz wird weiter verwendet keine neuen Antennen das Transportnetz ist neu

Datenübertragung Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS paketorientierte Datenübertragung nicht verbindungsorientierte Datenübertragung Daten werden in Form von Paketen verschickt, jedes mit einer eigenen Zieladresse Funkkanal wird nur belegt, wenn tatsächlich Daten übertragen werden drei mal so effizient wie verbindungsorientierte Datenübertragung

Onlineverbindung wenn ein Teilnehmer gerade keine Daten überträgt Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS wenn ein Teilnehmer gerade keine Daten überträgt bleibt er online u. im Netz eingebucht aber der teure Funkkanal wird einem anderen Kunden zur Datenübertragung zur Verfügung gestellt Verbindungsaufbau wesentlich schneller als bei GSM

Datenübertragung Bündelung mehrerer Zeitschlitze möglich Erhöhung der Geschwindigkeit theoretisch Obergrenze 171,2 kbit/s Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Spalten: Zeitschlitze 1-8 Zeilen: Codierverfahren CS1-CS4 Codierverfahren bestimmt Nettodatenrate u. Übertragungssicherheit Bruttodatenrate beträgt immer 22,8 kbit/s Nettodatenrate ist niedriger Differenz wird zur Fehlersicherung verwendet

Charakteristik Wählverbindungen sind nicht möglich Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS Wählverbindungen sind nicht möglich Festnetzgegenstellen (z.B. Einwahlmodems) können nicht angerufen werden direkte Verbindung zum öffentlichen Internet besteht immer über Internet-Gateway des jeweiligen Netzbetreibers

Anwendungen Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS sinnvoll, wenn man ständig online sein muss, aber nur wenig Daten befördert werden z.B. Abruf von Nachrichten oder E-Mails

HSCSD High Speed Cuicut Switched Data für E-Netze im Frequenzbereich von 1800 MHz konzipiert Leistungsfähigkeit eines einzelnen Kanals: 9,6 bis 14,4 kBit/s Kanalbündelung dem Nutzer werden mehrere Kanäle zugewiesen theoretisch 8, realisiert 4 Steigerung der Übertragungskapazität auf 38,4 bis 57,6 kBits/s Abrechnung nach Zeit Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Charakteristik für Wählverbindungen gedacht Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS für Wählverbindungen gedacht beliebige Modem oder ISDN-Gegenstellen im Festnetz können erreicht werden (z.B. der heimische PC)

Kosten GPRS ist zur Zeit sehr teuer z.B. HSCSD ist schon ab einigen Mbyts pro Monat empfehlenswert z.B. 1MByte koste via HSCSD zwischen 0,36 und 7,93 € dieselbe Datenmenge via GPRS kann bis zu 30 € kosten Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Test Ausrüstung: Notebook und Handy, durch Datenkabel verbunden Testobjekt: 1MByte große Zip-Datei auf einem Server, der sie mit 80 bis 200 Kbyte/s über eine Standleitung liefert Durchführung: Einwahl ins GPRS-Netz (T-D1) im stehenden Fahrzeug (Handyanzeige: “optimal“ ) Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Test Start des Dateidownloads Unterbrechung der GPRS-Verbindung kurz nach der Abfahrt (Handyanzeige: “Normalbetrieb“) Neustart des Handys u. der Modemverbindung Übertragungsraten zwischen 2,3 u. 1,86 Kbyte/s während der Fahrt zwischenzeitlich auch schlechter nach 3 Minuten = 27 Prozent: Download stockt (Display zeigt Verbindung an, Daten wandern aber keine mehr) Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

Test letzter Versuch im fahrenden Auto: Übertragungsraten zwischen 1,26 u. 2,0 KByte/s Abbruch nach 10 Minuten (Fehlermeldungen) Neustart neuer Versuch in stehendem Auto: Übertragungsraten zwischen 2,4 u. 3,5 KByte/s ohne Probleme Mobiles Surfen am besten im Stau Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS

UMTS Universal Mobile Telephone System Mobilfunksystem der 3. Generation Datendurchsätze 384 kbit/s im Allgemeinen später 1,92 Mbit/s auf kurzen Strecken Netzarchitektur von UMTS baut auf der bestehenden Netzarchitektur von GSM u. GPRS auf GPRS eignet sich sehr gut zur Übertragung von Bildern UMTS eignet sich sehr gut zur Übertragung von bewegten Bildern Einleitung WLAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS