Herkömmliche Datendienste in GSM. GPRS Übersicht. Kommunikationsdienste und -netze. High-Speed Circuit Switched Data HSCSD

Transkript

1 Kommunikationsdienste und -netze Kapitel 4: Datendienste in GSM Herkömmliche Datendienste in GSM GSM wurde eigentlich für die mobile Telefonie entwickelt, daher sind nur sehr geringe Datenraten vorgesehen. Derzeit Übertragung mit lediglich 9,6 kbit/s möglich Fortgeschrittene Kanalcodierung erlaubt 14,4 kbit/s zu wenig für Internet- und Multimedia- Anwendungen KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 114 High-Speed Circuit Switched Data HSCSD GPRS Übersicht HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data) bereits standardisiert Zusammenfassung mehrerer Zeitkanäle für höhere AIUR (Air Interface User Rate), z.b. 57,6 kbit/s bei 4 Slots zu 14,4 Vorteil: schneller verfügbar, kontinuierliche Qualität, einfacher Nachteil: diese Kanäle sind dann für Sprache blockiert AIUR [kbit/s] TCH/F4.8 TCH/F9.6 TCH/F TCH/F: Traffic Channel / Full Rate KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 115 GPRS (General Packet Radio Service) paketorientierte Vermittlung Belegung der Zeitschlitze nur wenn Daten vorhanden (z.b. 115 kbit/s bei kurzfristiger Belegung von 8 slots) Standardisierung 98, (schleppende) Einführung 2000 Vorteil: Schritt in Richtung UMTS, flexibler Nachteil: mehr Investitionen KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 116

2 GPRS Netzelemente GPRS Architektur und Schnittstellen GSN (GPRS Support Nodes): GGSN and GGSN (Gateway GSN) Umsetzung zwischen GPRS und PDN (Packet Data Network) (Serving GSN) Unterstützung der MS (Lokation, Abrechnung, Sicherheit) GR (GPRS Register) Benutzeradressen MS BSS GGSN U m VLR MSC G b G n G i EIR G n HLR/ GR PDN KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 117 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 118 GPRS Trägerdienste GPRS Dienstgüte Momentan nur Punkt-zu-Punkt-Trägerdienst (PTP) spezifiziert Verbindungslose Variante (PTP-CLNS), z.b. für Verbindungsorientierte Variante (PTP-CONS), z.b. für X.25 Für später auch Punkt-zu-Mehrpunkt-Trägerdienst (PTM) geplant Multicast-Variante PTM-M innerhalb eines bestimmten geographischen Gebiets unter Angabe eines speziellen Group Identifiers Gruppenruf PTM-G für spezielle Teilnehmergruppe ohne Berücksichtigung geographischer Gebiete Variante für -Multicasting Zuverlässigkeitsklasse Wahrscheinlichkeit für Paketverlust Wahrscheinlichkeit für dupliziertes Paket Wahrscheinlichkeit für falsche Reihenfolge Wahrscheinlichkeit für Paketverfälschung Verzögerungs- 128 Byte Paket 1024 Byte Paket klasse Mittlere Verzögerung 95% Percentil Mittlere Verzögerung 95% Percentil 1 < 0.5 s < 1.5 s < 2 s < 7 s 2 < 5 s < 25 s < 15 s < 75 s 3 < 50 s < 250 s < 75 s < 375 s 4 Keine Angabe ( best Effort ) KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 119 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 120

3 GPRS Paket- und durchschaltevermittelte Dienste Drei Klassen von Mobilstationen Klasse A: simultane Nutzung von GPRS- und durchschaltevermittelte GSM-Dienste Klasse B: Anmeldung und simultane Überwachung von GPRS- und GSM-Diensten, zur Nutzdatenübertragung kann jedoch nur eine Dienstmenge genutzt werden Klasse C: Ausschließlich GPRS oder GSM, mit der Ausnahme von SMS KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 121 GPRS Session Management Zunächst Einbuchen in GPRS-Netz, d.h. Anmeldung bei (GPRS-Attach), worauf die Mobilstation eine Packet Temporary Mobile Subscriber Identity P-TMSI zugewiesen bekommt Dann Zuweisung einer Packet Data Protocol Address (PDP-Adresse), z.b. -Adresse Erzeugung eines PDP-Kontexts in MS,, GGSN: PDP-Typ (z.b. v4) PDP-Adresse der MS (z.b ) Gewünschte Dienstgüte (QoS Class) Adresse des GGSN, der als Zugangspunkt zum externen Netz Netz dient KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 122 GPRS Aktivierung des PDP- Kontexts GPRS Location Management MS GGSN Activate PDP Context Request (PDP Type, PDP Address, requested QoS, Access Point,...) Sicherheitsfunktionen Hauptaufgabe: Kennen des aktuellen Aufenthaltsortes eines mobilen Teilnehmers regelmäßige Location Update Meldungen an den $ spezielles Zustandsmodell: Activate PDP Context Accept (PDP Type, PDP Address, negotiated QoS,...) Create PDP Context Request (PDP Type, PDP Address, negotiated QoS, Access Point,...) Create PDP Context Response (PDP Address, negotiated QoS,...) Standby Timer abgelaufen GPRS Attach IDLE READY Ready Timer abgelaufen oder Force to Standby GPRS Detach Übertragung eines Pakets STANDBY KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 123 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 124

4 GPRS Intra- Routing Area Update MS BSS Routing Area Update Request [old RAI, old P-TMSI Signature, Update Type] Routing Area Update Request [old RAI, old P-TMSI Signature, Update Type, CI] Sicherheitsfunktionen Routing Area Update Accept [P-TMSI, P-TMSI Signature] Routing Area Update Complete [P-TMSI] KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 125 GPRS Inter- Routing Area Update MS BSS Neues Altes GGSN HLR MSC/VLR Routing Area Update Request Context Request Context Response Sicherheitsfunktionen Context Acknowledge Forward Packets Update PDP Context Request Update PDP Context Response Update Location Cancel Location Cancel Location Acknowledge Insert Subscriber Data Insert Subscriber Data Acknowledge Update Location Acknowledge Location Update Accept Location Update Request Routing Area Update Accept Routing Area Update Complete GPRS Protokollarchitektur MS U BSS m G b G GGSN n G i Anwend. /X.25 /X.25 SNDCP LLC SNDCP GTP LLC UDP/ GTP UDP/ RLC BSSGP RLC BSSGP MAC Funk MAC FR FR / / Funk KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 127 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 126 GPRS Datenfluss und Segmentierung Header Nutzdaten... Segment Segment -Paket SNDCP- Schicht Header Segment FCS... Segment Segment Header Segment BCS LLC-Rahmen LLC-Schicht RLC/MAC- Block RLC/MAC- Schicht KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 128

5 GPRS Routing und Adresskonvertierung (I) GPRS Routing und Adresskonvertierung (II) 2.) Konvertierung aus PDP-Kontext: TID TLLI + NSAPI (+CI) SNDCP (TLLI, NSAPI, -Paket) BSC GTP (-Adresse, TID, -Paket) GGSN 1.) Konvertierung der -Adresse aus PDP-Kontext: -Destination TID+-Adresse 2.) Konvertierung aus PDP-Kontext: TLLI + NSAPI TID + GGSN BSC GTP ( GGSN-Adresse, TID, -Paket) SNDCP (TLLI, NSAPI, -Paket) GGSN -Paket -Paket ( Source, Destination) Internet KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste ) Konvertierung der - Quelladresse aus PDP- Internet Kontext: Source TLLI + NSAPI -Paket -Paket ( Source, Destination) KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 130 GPRS Luftschnittstelle GPRS Klassifikation logischer Kanäle GPRS verwendet die in GSM definierte FDMA/TDMA- Kombination mit 8 Zeitschlitzen pro TDMA-Rahmen GPRS unterstützt eine wesentliche flexiblere Kanalzuteilung Multislot-Operation und separate Zuweisung von Up- und Downlink (asymmetrisches Verkehrsaufkommen) Verfügbare physikalische Kanäle werden den beiden Verkehrsarten dynamisch zugewiesen (Capacity on demand) Mehrere Teilnehmer können sich einen physikalische Kanal teilen, der für GPRS-Verkehr vorgesehen wurde Gruppe Verkehrskanäle Signalisierungskanäle Packet Data Traffic Channel Packet Broadcast Control Channel Packet Common Control Channel (PCCCH) Packet Dedicated Control Channels Kanal PDTCH PBCCH PRACH PAGCH PPCH PNCH PACCH PTCCH Funktion Packet Data Traffic Packet Broadcast Control Packet Random Access Packet Access Grant Packet Paging Packet Notification Packet Associated Control Packet Timing Advance Control Richtung MS BSS MS BSS MS BSS MS BSS MS BSS MS BSS MS BSS MS BSS KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 131 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 132

6 Interworking mit -Netzen WAP - Wireless Application Protocol G n Intra-PLMN GPRS Backbone Internet G n GGSN G i Firewall Router DNS GPRS-internes -Netz DNS Ziele Internet-Inhalte und erweiterte Dienste sollen zu mobilen Endgeräten (Telefone, PDA,...) geliefert werden Unabhängigkeit von Standards drahtloser Netze offen für alle, Vorschläge ( weltweite Protokollspezifikation ) werden Standardisierungsgremien vorgelegt Anwendungen sollen über aktuelle Transportmedien, Gerätetypen hinweg skalieren und auch auf zukünftige Entwicklungen anwendbar sein Plattformen beispielsweise GSM (900, 1800, 1900), CDMA IS-95, TDMA IS-136, Systeme der 3. Generation wie IMT-2000, UMTS, W-CDMA Forum WAP-Forum, mitgegründet von u.a. Ericsson, Motorola, Nokia, Unwired Planet Informationen unter KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 133 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 134 WAP - Standardisierungsinhalte WAP 1.x Schichtenarchitektur und Protokolle Browser Micro-Browser, ähnlich der bekannten Browser vom Internet Script-Sprache ähnlich zu Java-Script, angepasst an das mobile Umfeld WTA/WTAI Wireless Telephony Application (Interface): Zugriff auf Telefonfunktionalitäten Inhaltsformate z.b. Visitenkarten (vcard), Kalenderereignisse (vcalender) Protokollstapel Transport-, Sicherheits- und Sitzungsschicht Arbeitsgruppen WAP Architecture Working Group, WAP Wireless Protocol Working Group, WAP Wireless Security Working Group, WAP Wireless Application Working Group KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 135 Internet HTML, Java SSL/TLS /, UDP/, Medien WAP A-SAP Application Layer () S-SAP TR-SAP SEC-SAP T-SAP Session Layer (WSP) Transaction Layer (WTP) Security Layer (WTLS) Transport Layer () Weitere Dienste und Anwendungen Trägerdienste (GSM, Cellular Digital Packet Data,...) beinhaltet z.b. WML (Wireless Markup Language), WML Script, WTAI WCMP KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 136

7 WAP - Netzwerkelemente Wireless Application Environment: logisches Modell Festnetz Mobilnetz Ursprungs-Server Gateway Client Internet HTML Web Server HTML HTML Filter Telefonnetz WML WML HTML WAP Proxy Filter/ WAP Proxy WTA Server Binary WML Binary WML Binary WML Binary WML: Binäres Datenformat KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste für Klienten 137 web server andere server Antwort mit Inhalt push Inhalt Anfrage Kodierer & Dekodierer kodierte Antwort mit Inhalt kodierter push Inhalt kodierte Anfrage WTA user agent WML user agent andere user agents KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 138 Wireless Telephony Application: logische Architektur Voice box - Beispiel WTA-Server WML- Skripte WML- Stapel Drittanbieter Server WTA & WML server WTA- Dienste Gesichertes Netz des Betreibers Weitere Server Andere Telefonnetze Mobiles Netz WTA-Gateway Codierer & Decodierer Firewall Client WTA- User-Agent Repository Gerätespez. Funktionen WTA-User-Agent WTA-Gateway WTA-Server Mobilnetz Sprachbox Service Indication Anzeige; Nutzerwahl WSP Get Binary WML Anzeige; Nutzerwahl WSP Get Warte auf Ruf Akzeptiere Ruf Binary WML Push URL Get WML Anzeige einer neuen Sprachnachricht Erzeuge neuen Inhalt Get Antworte mit WML Karte für Ruf Spiele angefragte Sprachnachricht ab Verbindungsaufbau Verbindungsaufbau Verbindungsaufbau Rufannahme Antworte mit Inhalt Sprachverbindung Rufannahme KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 139 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 140

8 Beispiele für WAP 1.x- Protokollstapel WAP 2.0 (Juli 2001) user agent UDP WSP WTP (GPRS,...) WTLS non (SMS,...) typische WAP- Anwendung mit komplettem Protokollstapel transaktionsbasierte Anwendungen UDP WTP (GPRS,...) WTLS non (SMS,...) datagrammbasierte Anwendungen WTLS UDP (GPRS,...) WAP-Standardisierung außerhalb WAP non (SMS,...) Reine Datenanwendungen evtl. ohne zusätzlich benötigte Sicherheit KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 141 Neu für Entwickler XHTML mit Wireless Profile Neue Anwendungen Farbgrafik Animation Laden großer Dateien Ortsabhängige Dienste Synchronisation mit PIMs Pop-up/kontextsensitive Menüs Ziel: Integration von WWW, Internet, WAP, i-mode KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 142 WAP 2.0 Architektur WAP 2.0 Protokollstapel Externe Dienste EFI Provisioning Navigation Discovery Anwendungsrahmenwerk Krypto- Bibliotheken Identifikation Multimedia Messaging ( ) /WTA User Agent (WML, XHTML) Push OTA Capability Negotiation Synchronisation Authentisierung Inhaltsformate Push Cookies Sitzung Dienstelokalisierung Sicherheitsdienste WAP-Gerät WSP WTP WTLS Träger WAP-Gateway WSP WTP WTLS Träger TLS Web-Server TLS WAP-Gerät WAP-Proxy Web-Server Service Lookup PKI Gesicherter Transport Gesicherte Träger Hypermedia Transfer (WTP+WSP, ) Datagramme (, UDP) v4 v6 CSD SMS USSD Verbindungen ( mit wireless profile) FLEX Streaming GUTS MPAK... MMS Nachrichten... Transfer Transport Träger Protokollrahmenwerk WAP-Gerät TLS WAP 1.x Server/Gateway/Client WAP-Proxy WAP Proxy mit TLS-Tunneling Web-Server TLS WAP Proxy mit angepasstem WAP-Gerät Web-Server -Router WAP Direkter Zugriff KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 143 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 144

9 i-mode vor allem ein Geschäftsmodell! i-mode push mit SMS Zugang zu Internet-Diensten in Japan/NTT DoCoMo Dienste , Kurznachrichten, Web, Austausch von Bildern, Horoskope,... Sehr großer Erfolg, über 30 Mio. Nutzer Für viele ist dies ein PC-Ersatz, PC-Dichte in Japan relativ niedrig Ermöglichte für viele ersten Internet-Kontakt Sehr einfach und bequem in der Handhabung Technik 9,6 kbit/s (Erweiterungen bis zu 28,8 kbit/s), paketorientiert (PDC-P) Compact HTML plus proprietäre tags, spezielle Transportschicht (stop&go, ARQ, push, verbindungsorientiert) Mobiles Endgerät chtml + tags (S) TL PDC-P Mobilnetz Gateway Inhalteanbieter TL PDC-P chtml + tags (S) KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 145 Anwendung WSP WTP SMS Netzbetreiber schickt eine SMS mit Push- Nachricht, falls eine vorliegt. Danach erfolgt ein -Get mit der als Antwort, falls ein Nutzer die lesen möchte. Häufiges Missverständnis: WAP war kein Erfolg, i-mode ist unterschiedlich und ein Erfolg falsch aus technischer Sicht, richtig aus wirtschaftlicher Sicht i-mode ist ein Geschäftsmodell: - Inhalteanbieter bekommen >80% der Gebühren. - technologieunabhängig (GSM/GPRS in Europa, PDC-P in Japan aber auch UMTS!) KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 146 i-mode Protokollstapel auf WAP 2.0 basierend i-mode Beispiele I Endgerät Gateway Server chtml chtml SSL SSL W W i-mode kann WAP Protokolle nutzen (z.b.: i-mode in Deutschland über GSM/GPRS) KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 147 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 148

10 i-mode Beispiele II i-mode Beispiele III KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 149 KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 150 Literatur EBERSPÄCHER, J.; VÖGEL, H.J.; BETTSTETTER, C.: GSM Global System for Mobile Communication, 3. Auflage, B.G. Teubner, Stuttgart, 2000, ISBN ROTH, J.: Mobile Computing Grundlagen, Technik, Konzepte dpunkt-verlag, Heidelberg, 2002, ISBN SCHILLER, J.: Mobilkommunikation, Addison-Wesley, 2001, ISBN (Vielen Dank für die Überlassung der Folien) WALKE, B.: Mobilfunknetze und ihre Protokolle 1, 3. Auflage, B.G. Teubner, Stuttgart, 2001, ISBN KDN / KomNetII - 4. GSM-Datendienste 151