ISDN-Referenzpunkte [Wiederholung]

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1 Protokolle und Dienste der Kapitel 2: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) TETRA (Terrestrial Trunked Radio) ISDN-Referenzpunkte [Wiederholung] Teilnehmer-Installation Asl ISDN-VSt R S T U V TE1 NT2 NT1 LT ET TE2 TA R, S, T, U, V = Referenz-Punkte Asl = Anschlussleitung ET = Exchange Termination (Vermittlungsabschluss) LT = Line Termination (Leitungsabschluss) NT1 = Network Termination 1 (Netzabschluss 1) (nur Schicht 1-Funktionen) NT2 = Network Termination 2 (Netzabschluss 2) (für Nebenstellenanlagen) (Schicht 1-,2- und 3-Funktionen: Terminal Controller, PBX, LAN) TA = Terminal Adaptor (Anpassung für nicht ISDN-fähige Endgeräte) TE1 = Terminal Equipment Type 1 (ISDN-Endgerät) TE2 = Terminal Equipment Type 2 (nicht ISDN-fähiges Endgerät) VSt = Vermittlungs-Stelle PuDiMk - 2. DECT / TETRA 48 Prof. Jochen Seitz 1

2 Protokollarchitektur: ISDN- Basisanschluss-Struktur TE max TEn B 1 B 2 S 0 D 16 PuDiMk - 2. DECT / TETRA 49 DECT Übersicht DECT (Digital European Cordless Telephone) ist ein von ETSI entwickelter Standard (ETS x), für das schnurlose Telefon. Standard legt die Luftschnittstelle zwischen der Basisstation und dem Mobiltelefon fest. Um DECT international besser vermarkten zu können, wurde es in Digital Enhanced Cordless Telecommunication umgetauft. Kenngrößen: Frequenz: MHz Kanalzahl: 120 Duplexkanäle Duplexverfahren: TDD (10 ms Rahmenlänge) Multiplexverfahren: FDMA mit 10 Trägerfrequenzen, TDMA mit 2x 12 slots Modulation: digital, Gaußian Minimum Shift Keying (GMSK) Sendeleistung: 10 mw mittlere Leistung (max. 250 mw) Reichweite: max. 200 m in Gebäuden PuDiMk - 2. DECT / TETRA 50 Prof. Jochen Seitz 2

3 DECT Geschichte 1988: ETSI will europäischen Standard für digitale Schnurlostelefone definieren. Möglichkeiten: CT2 (Großbritannien) CT3 (Schweden) Komplett neuer Standard 1991: wichtigste Teile des Standards kommen in die Phase der öffentlichen Kommentierung 1992: Erste DECT-Geräte im Handel (z.b. Gigaset-Serie von Siemens) 1994: Generic Access Protocol (GAP) ermöglicht die Gerätekompatibilität verschiedener Hersteller Heute: Stetige Weiterentwicklung von DECT PuDiMk - 2. DECT / TETRA 51 DECT Architektur DECT beschreibt ein Mobilfunksystem, bestehend aus Fixed Part (FP) mit einer oder mehreren Basisstationen (RFP = Radio Fixed Part) und Portable Part (PP), d.h. eine oder mehrere Mobilstation Ein Fixed Part Controller (FPC) steuert den FP im Falle mehrerer RFPs DECT stellt nur den Zugang zu anderen Diensten zur Verfügung, nicht den Dienst selbst Die Verwaltung der Funkressourcen erfolgt durch die Geräte selbst, so dass eine zentrale Funknetzplanung nicht notwendig ist. PuDiMk - 2. DECT / TETRA 52 Prof. Jochen Seitz 3

4 DECT Fähigkeiten Einfache Handhabung: Grundausstattung eine Basisstation und eine Mobilstation, erweiterbar durch weitere Mobilstationen große Verbreitung (DECT-Varianten in über 100 Ländern im Einsatz) Ausschließlich Definition des Netzzuganges, d. h. DECT ist für alle existierenden Netze und Anwendungen offen PSTN ISDN LAN X.25 GSM... PuDiMk - 2. DECT / TETRA 53 Anwendungsbereiche von DECT Schnurlos-Telefonie (Trend: immer kleinere und leichtere Geräte mit mehr Funktionen und längerer Standby-Zeit) Datenübertragung (Konkurrenz zu Bluetooth) Wireless Local Loop (Überbrückung der letzen Meile zum Telefonnetz mit Funk) Öffentliche Mobilfunknetze (bisher nur Pilotstadium in Finnland und Italien) Direktverbindung zwischen Mobilteilen (ohne FP, Walkie- Talkie-Funktion) PuDiMk - 2. DECT / TETRA 54 Prof. Jochen Seitz 4

5 Management DECT Systemarchitektur und Referenzmodell PA PA D 4 PT PT D 3 FT D 2 lokales Netz VDB D 1 HDB FT globales Netz FT = Fixed Radio Termination PT = Portable Radio Termination PA = Portable Application HDB = Home Data Base VDB = Visitor Data Base lokales Netz PuDiMk - 2. DECT / TETRA 55 DECT Referenzmodell C-Ebene Signalisierung U-Ebene Verbindungssteuerung Netzwerkschicht Anwendungsprozesse Verbindungssteuerung Medienzugriffssteuerung OSI Schicht 3 OSI Schicht 2 Stark angelehnt an das OSI-Referenzmodell Managementebene schichtenübergreifend Mehrere Dienste in der C(ontrol)- bzw. U(ser)- Plane vorhanden Bitübertragungsschicht OSI Schicht 1 PuDiMk - 2. DECT / TETRA 56 Prof. Jochen Seitz 5

6 DECT Funkübertragung Frequenzbereich in Europa MHz in China MHz in USA und Lateinamerika MHz Gaussian Frequency Shift Keying zur Modulation 10 (bzw. 5) Trägerfrequenzen im Kanalabstand von khz ( 50 khz) Mittenfrequenzen der 10 Träger (c=0..9): In den USA wird das Frequenzband MHz für den unlizenzierten Betrieb verwendet PWT (Personal Wireless Telecommunication) Andere Modulation als in Europa PuDiMk - 2. DECT / TETRA 57 Physical Layer Schichtenarchitektur Physical Layer Modulation/Demodulation des Funkträgers mit einem Bitstrom Erzeugt die physikalische Kanalstruktur mit festem Durchsatz Überwachung der Funkumgebung Bereitstellung eines Kanals auf Anforderung des MAC-Layers Erkennen eines ankommenden physikalischen Kanals Synchronisation zwischen Sender und Empfänger Bereitstellung von Statusinformationen für die Management- Entity PuDiMk - 2. DECT / TETRA 58 Prof. Jochen Seitz 6

7 Struktur des DECT- Zeitmultiplexrahmens 1 Frame = 10 ms 12 Down Slots 12 Up Slots Slot guard bit + 52µs Schutzzeit ( 60 bit ) in 0,4167 ms A: Netzsteuerung B: Benutzerdaten X: Übertragungsqualität sync D field A field B field X field ,6 kbit/s Simplex Bearer 32 kbit/s Protected Mode Unprotected Mode DATA 64 C 16 DATA 64 C 16 DATA DATA 64 C 16 DATA 64 C 16 PuDiMk - 2. DECT / TETRA 59 MAC Layer Schichtenarchitektur MAC Layer Erzeugung, Unterhalt und Freigabe von Basisdiensten durch Aktivierung bzw. Deaktivierung von physikalischen Kanälen Multiplexen der logischen Kanaltypen u. a.: C: Signalisierung, I: Benutzerdaten, P: Paging und Q: Broadcast Segmentieren/Reassemblieren Fehlerkontrolle und Fehlerkorrektur (Datenabhängig) PuDiMk - 2. DECT / TETRA 60 Prof. Jochen Seitz 7

8 Schichtenarchitektur DLC Layer Data Link Control Layer Erzeugen und aufrechterhalten einer zuverlässigen Verbindung zwischen dem portablen Gerät und der Basisstation. Zwei DLC-Protokolle in der Kontroll-Ebene (C-Plane): Verbindungsloser Broadcast-Dienst: Bietet Pager -Funktionalität Lc+LAPC (Link Access Procedure for the C-Plane) Protokoll: Für in-call Signalisierung (ähnlich LAPD für ISDN). Speziell angepasst an den darunterliegenden MAC-Dienst (Segmentlänge entsprechend). Verschiedene Dienste in der U-Plane spezifiziert: Null-Dienst: Reicht die MAC-Dienste unmodifiziert nach oben durch. Frame relay: Einfache Paketübertragung Frame switching: Für zeitkritische Paketübertragung Fehlerkorrigierende Übertragung: Mit FEC, für verzögerungs- bzw. zeitkritische Anwendungen Bandbreiten anpassbare Übertragung Escape -Dienst: Für zukünftige Erweiterungen des Standards PuDiMk - 2. DECT / TETRA 61 Schichtenarchitektur Network Layer Network Layer Angelehnt an das ISDN (Q.931) und GSM (04.08) Stellt Dienste zur Verfügung, um Ressourcen im zentralen System und im portablen Gerät anzufordern, zu überprüfen, zu reservieren, zu überwachen und freizugeben. Ressourcen sind: Solche, die notwendig sind, um eine drahtlose Verbindung zu ermöglichen. Solche, die notwendig sind, um das DECT-System mit einem externen Netzwerk zu verbinden. Hauptaufgaben: Rufüberwachung: Aufbau, Abbau, Aushandeln, Überwachen. Rufunabhängige Dienste: Rufweiterleitung, Rufumleitung, Kostenmangement Mobility Management: Identitäts-Management, Authentifizierung, Aufenthaltsregister-Verwaltung PuDiMk - 2. DECT / TETRA 62 Prof. Jochen Seitz 8

9 DECT Identifikation Fixed Part Basisstationen senden ihre Identifikation (Radio Fixed Part Identity, 40 bit) aus Globaler Teil (Access Right Identity, bit) zur Kennzeichnung des Dienstanbieters Access Right Class (ARC) 3 bit zur Identifikation des Netztyps (bislang 5 Typen A E definiert) Access Right Details (ARD) unterschiedliche lang in Abhängigkeit von ARC, kennzeichnet Hersteller / Provider Lokaler Teile (Radio Fixed Part Number) zur Identifikation der Basisstation innerhalb eines Verbundes PuDiMk - 2. DECT / TETRA 63 DECT Identifikation Portable Part In DECT sind 16 Nutzerklassen (Portable User Type PUT) möglich, von denen 7 definiert sind: PUT N: Residential PUT O: Private PUT P: Public PUT Q: Public: General PUT R: Public: GSM PUT S: PSTN, ISDN PUT T: Private: Extended Jeder Nutzer identifiziert sich durch eine (lokal) eindeutige International Portable User Identity (IPUI) IPUI = PUT + PUN (Portable User Number) Aufbau abhängig von PUT Länge 40 bis 100 bit PuDiMk - 2. DECT / TETRA 64 Prof. Jochen Seitz 9

10 DECT Signalisierung I FP sendet Baken (Beacons) Identität der Basisstation Synchronisationsinformation Systemfähigkeit Aktuelle Kanalnutzung Paging Einbuchen Mobilgeräte empfangen Beacon und synchronisieren sich auf Zugangsberechtigung und Anforderungen an Systemmerkmale werden überprüft Im Ruhezustand überprüft PP die Funksituation mindestens alle 30 Sekunden auf allen Kanälen ( Liste freier Kanäle) PuDiMk - 2. DECT / TETRA 65 DECT Signalisierung II Rufaufbau Immer von PP aus Im Fall eines ankommenden Rufs geht ein Paging voraus PP wählt den am wenigsten gestörten Kanal und sendet eine Rufanfrage (Outgoing Call Request) mit Anzahl benötigter Kanäle FP empfängt immer auf unbenutzten Kanälen (Verzögerung maximal 160 ms aufgrund Rahmendauer) FP schickt Bestätigung (Outgoing Call Information) mit einer Liste der von FP aus gesehen besten Kanäle Pilotverbindung (ausreichend für Telefonie) steht PP sendet eventuell Anforderungen (Physical Channel Request) weiterer Kanäle FP bestätigt diese Anforderungen durch eine Physical Channel Confirmation PuDiMk - 2. DECT / TETRA 66 Prof. Jochen Seitz 10

11 DECT Sicherheit Anmelden mit Teilnehmer-Authentifikation basierend auf dem DECT Authentication Module Authentisierung bei jedem Rufaufbau durch Challenge- Response-Verfahren Jede PP hat eigenen Schlüssel FP schickt Zufallszahl (Challenge) an PP PP berechnet daraus und dem Schlüssel eine Antwort (Response) FP vergleicht diese Antwort mit lokal berechnetem Ergebnis Verschlüsselung durch einen bei der Authentisierung separat berechneten Sitzungsschlüssel (nicht verbindlich) PuDiMk - 2. DECT / TETRA 67 DECT Handover Eine Verbindung wird von einem Kanal auf einen anderen Kanal umgeschaltet über die selbe RFP (Intracell Handover) über eine andere RFP (Intercell Handover) Handover erfolgt bei Störungen oder Signalabschwächung Bewertung der Qualität des A-, X- und Z-Feldes Im Protected Mode wird auch das B-Feld berücksichtigt Einleitung des Handovers immer durch PP FP kann Handover-Wunsch andeuten durch Übertragung der Uplink- Verbindungsqualität Nahtloser (seamless) Handover: für kurze Zeit bestehen zwei Verbindungen in unterschiedlichen Zeitschlitzen PuDiMk - 2. DECT / TETRA 68 Prof. Jochen Seitz 11

12 Dienste über DECT Generic Access Profile (GAP) Grundlegende Zugangsschnittstelle, die von allen DECT-Geräten realisiert werden muss DECT/GSM Interworking Profile (GIP) FP wird über A-Schnittstelle an das MSC eines GSM-Netzes angeschlossen, die Protokolle hierzu sind im GIP genormt ISDN Interworking Profiles (IAP und IIP) IAP: FP und PP erscheinen zusammen als ISDN-Endgerät IIP: FP und PP bilden eine Transparente DECT-Verbindung zwischen ISDN-NT und ISDN- Endgerät Radio Local Loop Access Profile (RAP) Cordless Terminal Adapter übernimmt die Funkverbindung zum RFP (bis zu 5km ohne Repeater) Cordless Telephone Mobility Access Profile Roaming zwischen verschiedenen RFPs Data Service Profiles Unterschiedliche Profiles für verschiedene Netztechniken und Anwendungen (Ethernet, Multimedia, isochrone Datenübertragung,...) PuDiMk - 2. DECT / TETRA 69 DECT-over-IP DECT-Access Point (DAP) wird direkt an IP- Infrastruktur angeschlossen. DAP-Controller ist für die Steuerung der DAPs und den Kontakt zum VoIP- Server zuständig. Funktionalität der Endgeräte wird durch DECT festgelegt. PuDiMk - 2. DECT / TETRA 70 Prof. Jochen Seitz 12

13 DECT CAT-iq CAT-iq ( Cordless Advanced Technology - internet and quality ) Vorgestellt 2006: Ziel: Wireless Broadband Home Connectivity vorangetrieben durch das DECT Forum Internetradio oder RSS-Feeds für DECT-Telefone Verbesserte Sprachqualität durch neue Sprachcodecs (G.726 und G.722) PuDiMk - 2. DECT / TETRA 71 DECT Fazit DECT-Systeme befinden sich bereits in breitem Einsatz. DECT-Systeme können als persönliche Kommunikationssysteme in dicht bebauter Umgebung einen hohen Prozentsatz aller Mobilfunkteilnehmer bei ausreichender Funkversorgung erreichen. Welches Netz hinter der DECT-Luftschnittstelle liegt, ist prinzipiell egal (ISDN, GSM, IP ). DECT gehört zu IMT 2000 (mit einer Datenrate von bis zu 2,5 MB/s, zukünftig bis zu 15 MB/s). PuDiMk - 2. DECT / TETRA 72 Prof. Jochen Seitz 13

14 TETRA - Terrestrial Trunked Radio Bündelfunksysteme (trunked radio) viele verschiedene Trägerfrequenzen eine Frequenz wird kurzzeitig einem Benutzer/einer Nutzergruppe zugewiesen Taxi-Service, Flottenmanagement, Notfalleinsätze Schnittstellen zu öffentlichen Netzen, Sprach- und Datendienste sehr zuverlässig, schneller Verbindungsaufbau, typischerweise nur lokaler Betrieb TETRA - ETSI Standard früher: Trans European Trunked Radio bietet Voice+Data und Packet Data Optimized Dienste point-to-point und point-to-multipoint Gruppenrufe, Rundrufe, sehr schneller Gruppenverbindungsaufbau mehrere Frequenzen: MHz, MHz FDD, DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) ad-hoc und Infrastrukturnetzwerke PuDiMk - 2. DECT / TETRA 73 Leistungsmerkmale von TETRA Einzelruf (Direct Call) Gruppenkommunikation Kommunikation ohne Netz (Direct Mode, DMO) Notruf verschiedene Prioritäten Rückruf Kurzwahl Datenübertragung, auch mit Kanalbündelung Rufumleitung eindeutige Identifikation der Teilnehmer Ende-zu-Ende-Verschlüsselung für vertrauliche/geheime Inhalte Sperren von gestohlenen/verlorenen Funkgeräten ( PuDiMk - 2. DECT / TETRA 74 Prof. Jochen Seitz 14

15 TETRA - Technik Parameter Zugriffsverfahren Modulation Kanalraster Duplexabstand Rufaufbauzeit Leistungsklassen Sprachcodec Max. Bitraten Frequenzen (BOS) Frequenzen (zivil) Kennwert TDMA 84 (Zeitschlitze pro Träger) P/4 DQPSK 25 khz 10 MHz <300 ms 1, 3, 10 und 30 W 7,2 kb/s (ACELP) Ungeschützt 28,8 kb/s hoch geschützt 9,6 kb/s MHz Uplink / MHz Downlink Mehrere Bänder unterhalb von 470 MHz und um 900 MHz PuDiMk - 2. DECT / TETRA 75 TETRA Rahmenstruktur hyperframe ,2 s frame multiframe ,67 ms CF 1,02 s Control Frame 0 slot ,17 ms PuDiMk - 2. DECT / TETRA 76 Prof. Jochen Seitz 15

16 Digital Mobile Radio (DMR) Übertragungsstandard für Sprache und Daten in nichtöffentlichen Funknetzen 2006 von der ETSI verabschiedet Vollduplex-Kommunikation (TDD) mit einer Bruttodatenrate von 9.8 kbit/s auf einer Bandbreite von 12,5 khz Geringere Kosten und Wartungsaufwand als TETRA Erste Geräte von Motorola vermarktet PuDiMk - 2. DECT / TETRA 77 Literatur SCHILLER, J.:, Pearson Studium, 2003, ISBN (Vielen Dank für die Überlassung der Folien) KOZLIK, J.: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), WALKE, B.: Mobilfunknetze und ihre Protokolle 1, 3. Auflage, B.G. Teubner, Stuttgart, 2001, ISBN PuDiMk - 2. DECT / TETRA 78 Prof. Jochen Seitz 16