Mobilkommunikation Kapitel 4: Drahtlose Telekommunikationssysteme M¤rkte GSM œberblick Dienste Subsysteme Komponenten 4.0.4 GPRS UMTS/IMT-2000

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  • Mobilkommunikation Kapitel 4: Drahtlose Telekommunikationssysteme Mrkte GSM berblick Dienste Subsysteme Komponenten 4.0.4 GPRS UMTS/IMT-2000
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  • Weltweite Verteilung der Mobilfunksysteme 4.39.2
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  • GSM: berblick GSM: frher: Groupe Spciale Mobile (1982 gegrndet) heute: Global System for Mobile Communication europischer Standard - Standardisierung durch ETSI (European Telecommunications Standardisation Institute) gleichlaufende Einfhrung eines Mindeststandards (essential Services) in drei Phasen (1991, 1994, 1996) durch die europischen Fernmeldeorganisationen (in Deutschland: D1 und D2) europaweites Roaming (freizgiges Bewegen) mglich mittlerweile bernahme durch ber 160 Drittlnder (z.B. in Asien, Afrika, Amerika) ber 500 Millionen Teilnehmer in ber 400 Netzen ber 15 Milliarden SMS/Monat 70% aller digitalen Mobiltelefone, ber 62% insgesamt! 4.2.5
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  • Leistungsmerkmale des GSM-Systems Auswahl der wichtigsten technischen Aspekte: Kommunikation: Mobile Kommunikationsmglichkeit ber einen Funkweg; Untersttzung fr Sprach- und Datendienste. Totale Mobilitt: Internationaler Zugriff; ber Chipkarte Nutzung anderer Mobilfunkstationen mglich. Erreichbarkeit: Grenzbergreifend unter der gleichen Rufnummer erreichbar; das Netz bernimmt die Lokalisierungs-Aufgaben. Hohe Kapazitt: Bessere Frequenzausnutzung und kleinere Funkzellen knnen wesentlich mehr Teilnehmer versorgen. bertragungsqualitt: Hohe Qualitt und Zuverlssigkeit erlauben drahtlos, kontinuierlich, strungsfrei und in Bewegung Telefonate zu fhren. Sicherheitsmanahmen: Zugangskontrolle durch Einsatz von Chipkarte und PIN. 4.3.3
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  • Nachteile des GSM-Systems Es gibt kein perfektes System! keine End-to-End Chiffrierung der Nutzkanle Netzzugriff nur ber reduzierten B-Kanal: keine Verlngerung des transparenten 64 kbit/s Trgerdienstes von ISDN eventuelle Beeintrchtigung der Konzentration beim Autofahren elektromagnetische Vertrglichkeit Missbrauch persnlicher Daten nicht ganz ausgeschlossen Mglichkeiten der gezielten Kontrolle und berwachung hohe Komplexitt des Systems Kompatibilittsprobleme innerhalb des GSM-Standards 4.4.3
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  • GSM: Dienste (Mobile Services) GSM-System bietet: Verschiedene Verbindungstypen Sprechverbindungen, Datenverbindungen und Kurznachrichten Multiservice-Optionen (Kombination von Basisdiensten) Einteilung der Dienste in drei Bereiche: Trgerdienste (Bearer Services) Teleservices (Telematic Services) Zusatzdienste (Supplementary Services) 4.5.3 GSM-PLMN Transit- Netzwerk (PSTN) Ursprungs-/ Zielnetzwerk z.B. GSM TE Trgerdienste Teledienste RSRS RSRS UmUm MT MS
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  • Trgerdienste (Bearer Services) Telekommunikationsdienste, die Daten zwischen Benutzer- Netz-Schnittstellen (Access Points) bertragen. Spezifikation der Dienste bis zur Endgerte-Schnittstelle (entsprechend OSI Schichten 1-3). Fr Datendienste werden andere bertragungsraten als fr Sprache verwendet (ursprnglicher Standard) 4.6.4
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  • Teleservices (Telematic Services) I Telekommunikationsdienste, die im Mobilfunk den Benutzern die Mglichkeit bieten, ber Telefon-Endgerte miteinander zu kommunizieren. Alle Basisdienste mssen Aspekte wie zellulare Operationen, Sicherheitsmanahmen usw. bercksichtigen. Angebotene Dienste: Mobilfunk-Telefonie Das ganze GSM-Konzept wurde vorrangig auf das mobile Telefonieren ausgelegt. Gesprche werden mit 3,1 kHz Bandbreite bertragen. Notruf Europaweite Notfallnummer (112); Service fr alle Mobilfunknetz- betreiber obligatorisch; kostenlos bereitgestellt; Verbindung mit hchster Prioritt (Verdrngung niederpriorer mglich). 4.7.3
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  • Teleservices (Telematic Services) II Weitere Dienste: Non-Voice-Teleservices Facsimile: Fernkopieren (Fax-Gruppe 3) Telefax: Fernkopieren alternierend mit Sprachbertragung Videotex: Datenbankzugriff unter Verwendung eines Videotex-Terminals Sprachspeicherdienst (Voice Mailbox): ber Festnetz realisiert Elektronische Post (MHS, Message Handling System): ber Festnetz realisiert Kurznachrichtendienst (SMS): Alphanumerische Nachrichtenbertragung von oder zur Mobilstation. Fr die bertragung werden nur die Signalisierungskanle benutzt. Dies erlaubt die simultane Nutzung der Basisdienste und des SMS. 4.8.3
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  • Zusatzdienste (Supplementary Services) Bilden weitere Dienstmerkmale und sind Ergnzungen der Basisdienste, die nicht alleine angeboten werden knnen. Entsprechen, bis auf die auf dem Funkweg geringeren bertragungsraten, denjenigen des ISDNs. Knnen sich je nach Landesnetz und implementierter Protokoll- version voneinander unterscheiden. Wichtige Dienste: Identifikation: Rufnummer des anderen Teilnehmers Identifikationsunterdrckung Automatischer Rckruf Anklopfen Konferenzverbindung: Gesprchsrunde mit bis zu 7 Teilnehmern Sperren: Sowohl abgehende wie ankommende Gesprche 4.9.2
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  • Aufbau des GSM-Systems Das GSM-System zhlt zu den PLMNs (Public Land Mobile Networks). Es wird von verschiedenen Betreibern eingerichtet und bereitgestellt. Es besteht aus mehreren Komponenten: MS (Mobilstation) BS (Basisstation) MSC (Mobilvermittlungseinrichtung) LRs (Aufenthaltsregister) Man unterscheidet mehrere Subsysteme: RSS (Funk-Subsystem): Funktechnische Aspekte NSS (Netzwerk-Subsystem): Vermittlungstechnische Vorgnge OSS (Betriebs- und Wartungs-Subsystem) 4.10.3
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  • GSM: Netzelemente und Schnittstellen 4.40.3 NSS MS BTS BSC GMSC IWF OMC BTS BSC MSC A bis UmUm EIR HLR VLR A BSS PDN ISDN, PSTN RSS Funkzelle MS AUC OSS Signalisierung O
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  • UmUm A bis A BSS Funk- Subsystem MS BTS BSC BTS BSC BTS Netzwerk- Subsystem MSC Feste Partnernetze IWF ISDN PSTN PSPDN CSPDN SS7 EIR HLR VLR ISDN PSTN GSM: Systemarchitektur im berblick 4.12.2
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  • Systemarchitektur: Funk-Subsystem Komponenten: MS (Mobile Station) BSS (Base Station Subsystem): Funkfeststation BTS (Base Transceiver Station): Sende-/Empfangsstation BSC (Base Station Controller): Zentrale Steuereinrichtung Schnittstellen: U m : Funkschnittstelle A bis : offen standardisierte Schnittstelle mit 16 kbit/s Submultiplex-Nutzkanlen A: offen standardisierte Schnittstelle mit 64 kbit/s Nutzkanlen (Transkodierung) UmUm A bis A BSS Funk- Subsystem Netzwerk- Subsystem MS BTS BSC MSC BTS BSC BTS MSC 4.13.2
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  • Systemarchitektur: Netzwerk-Subsystem Komponenten: oMSC (Mobile Switching Center): Mobilvermittlungseinrichtung oIWF (Interworking Functions) oISDN (Integrated Services Digital Network) oPSTN (Public Switched Telephone Network) oPSPDN (Packet Switched Public Data Net.) oCSPDN (Circuit Switched Public Data Net.) Datenbanken: oHLR (Home Location Register): Heimatregister oVLR (Visited Location Register): Aufenthaltsregister oEIR (Equipment Identification Register): Gerteidentifikationsregister Netzwerk- Subsystem MSC Feste Partnernetze IWF ISDN PSTN PSPDN CSPDN ZZK-7 EIR HLR VLR ISDN PSTN 4.14.2
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  • Funk-Subsystem Das Radio Subsystem (RSS) ist das flchendeckende zellulare Netz bis zu den Vermittlungsstellen. Das Funksystem beinhaltet mehrere Komponenten: Base Station Subsystem (BSS): Base Transceiver Station (BTS): Funktechnische Einrichtung, einschlielich Sende-/Empfangsantennen, fr Kommunikation auf den Funk-Kanlen. Ein BTS kann eine oder, falls Richtantennen installiert werden, auch mehrere Funkzellen versorgen. Base Station Controller (BSC): Die Basisstationssteuerung fhrt die Vermittlung und steuert den Ablauf der bertragungsprozesse der BTSe. Sie ist fr die Verwaltung der Netzressourcen zustndig. Hier erfolgt die Abbildung der Funkkanle der U m -Schnittstelle auf die terrestrischen Kanle der A-Schnittstelle. BSS = BSC + Summe(BTS) + bertragungssysteme Die Mobilfunkstationen (MS) werden als bewegliche Netzkomponenten gezhlt. 4.15.3
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  • technisch mglicher Funkversorgungsbereich systemtechnische Einschrnkung der Zellengre Zelle 1 Aufteilung des Versorgungsgebietes in Zellen: GSM: Prinzip zellularer Netze Verwendung mehrerer Funkfrequenzen keine gleichen Frequenzen in benachbarten Zellen keine einheitlichen Zellengren, Gre hngt von Verkehrsauf- kommen und Senderreichweite ab (Stadtzentrum vs. Schwarzwald) hexagonale Zellform ist idealisiert (Zellen berlappen unregelmig) Zellwechsel des mobilen Teilnehmers bergabe der Verbindung in Nachbarzelle: Handover 4.16.2
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  • Flchendeckung von Funknetzen (www.gsmworld.com) e-plus (GSM-1800) D1 (GSM-900) Rund um Berlin 4.17.3 Viag Interkom (GSM-1800) D2 (GSM-900)
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  • Base Transceiver Station und Base Station Controller Die Aufgaben des BSS teilen sich BSC und BTS BTS beinhaltet funktechnische Funktionen BSC bildet die Funkkanal-Vermittlungseinrichtung 4.21.4
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  • Mobilstation Einrichtung fr die Benutzung von Diensten des GSM-Systems. Eine MS besteht aus mehreren funktionellen Gruppen: MT (Mobile Terminal): Bietet Funktionen, die von allen Diensten gemeinsam genutzt werden Entspricht dem NT des ISDN-Anschlusses Endpunkt der Funkbertragung der U m -Schnittstelle TA (Terminal Adapter): Ist fr die Endgerteanpassung zustndig TE (Terminal Equipment): Peripheriegert der MS, bietet Dienste an Enthlt keine GSM-spezifischen Funktionen SIM (Subscriber Identity Module): Personalisierung des Mobilfunkgertes. Speichert individuelle Teilnehmerdaten. RS UmUm TETAMT 4.20.3
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  • Netzwerk-Subsystem Das NSS ist der Hauptbestandteil des ffentlichen mobilen Funknetzes. Es bernimmt die vermittlungste