Mobilkommunikation. Vortrag zur Vorlesung Kommunikationsnetze für Medientechnologie

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1 Fachgebiet Kommunikationsnetze Univ.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Jochen Seitz Mobilkommunikation Vortrag zur Vorlesung Kommunikationsnetze für Medientechnologie Nicole Hofmann Katharina Reinhardt Carolin Töpfer Seite 1 Mobilkommunikation

2 Gliederung 1 Mobilkommunikationsnetze 1.1 Generationen 1.2 Arten 2 Probleme der Mobilkommunikation 2.1 Hidden-Node 2.2 Exposed-Node 3 Handover 3.1 Handover in GSM-Netzen 3.2 Handover in Ad-hoc-Netzen 4 Roaming 4.1 Definition und Ablauf 4.2 Abgrenzung zu Handover 5 Literatur Seite 2 Mobilkommunikation

3 1 Mobilkommunikationsnetze 1.1 Generationen vier Dimensionen 1. Drahtlose Kommunikation Kommunikation über Infrarot 2. Mobile Endgeräte Nutzer kann sein Endgerät überall mitnehmen 3. Mobile Nutzer Nutzer ist nicht an spezielles Endgerät gebunden 4. Mobile Dienste und Anwendungen Unterteilung in öffentliche und private Kommunikationsnetze Öffentliche Netze: Aufteilung in Generationen Seite 3 Mobilkommunikation

4 1 Mobilkommunikationsnetze 1.1 Generationen vier Generationen 1. Generation: öffentliche, analoge Mobilfunknetze A-,B-, C-Netz 2. Generation: Realisierung der digitalen Kommunikation; Sprachübertragung analog und Signalisierung digital gebildet durch das GSM-Netz 3. Generation: Höhere Übertragungsrate im Mittelpunkt UMTS-Netz 4. Generation: durch Endgeräte dauerhaft online Seite 4 Mobilkommunikation

5 1 Mobilkommunikationsnetze 1.2 Arten Infrastrukturnetze: Infrastruktur gebildet aus vernetzen Sende- und Empfangseinrichtungen Beispiel: GSM-Netz, Bluetooth, Standard IEEE WLAN basierend auf ausgereiften Technologien GSM-Netz GSM = Global System for Mobile Communication Bildung der 2. Generation der öffentlichen Mobilkommunikation Ziel: Schaffung eines mobilen Telefonsystems, das eine europaweite Freizügigkeit erlaubt und einen Sprachdienst realisiert Drahtlose lokale Infrastrukturnetze Infrastruktur gibt die Möglichkeit, andere Endgeräte ohne zusätzliche Verkabelung zu erreichen Seite 5 Mobilkommunikation

6 1 Mobilkommunikationsnetze 1.2 Arten Ad-hoc-Netze keine Bindung an Infrastruktur Bildung ohne administrative Unterstützung Anwendungsgebiete: Einsatz bei Rettungsaktionen in Krisengebieten und im Militär Seite 6 Mobilkommunikation

7 2 Probleme der Mobilkommunikation Bedingt durch die Reichweitencharakteristik können die aus den Festnetzen bekannten Zugriffsverfahren nicht verwendet werden. 2.1 Hidden-Node Beschreibung des Einflusses entfernter und für den aktuellen Sender verborgener Netzknoten auf die Kommunikation gleichgroße Reichweiten von A und C zu B (können sich gegenseitig nicht hören) Beispiel: A hört das Medium ab nimmt an, Netzknoten ist frei Daten an B C hört das Medium ab nimmt an, Netzknoten ist frei Daten an B Kollision der Pakete: daher keine Kommunikation von A und C mit B möglich Seite 7 Mobilkommunikation

8 2 Probleme der Mobilkommunikation 2.2 Exposed-Node Beschreibung eines scheinbar belegten aber tatsächlich nutzbaren Kanals Beispiel: Kommunikation von B bereits mit A C möchte mit D kommunizieren Abhören des Mediums C stellt fest, dass Medium schon belegt ist geht darum vom Fehlschlagen des Sendens von Daten aus / Kollision tatsächlich: Kommunikation würde funktionieren, denn D liegt außerhalb der Reichweite von B und A außerhalb der von C somit ist ein Senden von B und C auf der selben Frequenz möglich Seite 8 Mobilkommunikation

9 2 Probleme der Mobilkommunikation Lösung Verwendung von RTS/CTS (Request to send/ Clear to send) sendewilliger Knoten fragt mit RTS bei potenziellem Empfänger an Empfänger bestätigt Anfrage mit CTS (Dauer der Belegung mit angegeben) alle direkten Nachbarn des Senders und des Empfängers wissen, wann Medium belegt ist Einordnung in das ISO-/OSI Referenzmodell Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Wegewahl und Vermittlung wird geregelt: Handover / Roaming Medienzugriff wird geregelt: Hidden-Node / Exposed-Node Bitübertragungsschicht Seite 9 Mobilkommunikation

10 3 Handover 3.1 Handover in GSM Zellen können während einer bestehenden Verbindung wechseln Verbindung muss zwischen unterschiedlichen Zellen übergeben werden = Handover Gründe: 1. Empfangsstärke nimmt durch Wegbewegen von der aktuellen BTS ab keine fehlerfreie Rekonstruktion des gesendeten Signals möglich 2. Lastverteilung: Anzahl für Nutzer der GSM-Zelle ist zu groß Nutzer am Rande einer Zelle muss zu einem Handover in eine benachbarte Zelle bewegt werden Seite 10 Mobilkommunikation

11 3 Handover 3.1 Handover in GSM - Arten BSC: Base Station Controller verwaltet mehrere BTS und ist zuständig für Handoververwaltung BTS: Base Transceiver Station: Schnittstelle zur Mobilen Station MS: mobile Station: Handy etc Seite 11 Mobilkommunikation

12 3 Handover 3.1 Handover in GSM Arten Intracell Handover: mobiles Endgerät bleibt im Bereich der Zelle, aus Gründen der Signalqualität wird auf andere Frequenz umgeschaltet Intercell Handover: mobiles Endgerät wandert in den Bereich einer anderen Zelle und schaltet auf eine andere Frequenz um Internes Handover: BSC leitet Gespräch zum neuen BTS um Externes Handover: Verwaltung der Zellen über verschiedene BSC; Handoververwaltung über MSC (mobile switching centre) Seite 12 Mobilkommunikation

13 3 Handover 3.2 Handover in Ad-hoc-Netzen Prozedur beginnt, wenn Route nicht mehr aufrecht erhalten werden kann endet mit Finden einer neuen Route und Fortsetzung der Datenübertragung durch steigende Dynamik und mobile Knoten kommt es fast ständig zu diesen Verbindungsübergängen Horizontaler Handover: erfolgt innerhalb einer Netztechnik Besonderheit: vermittelnde Knoten können mobil sein: Handover zwischen Routern prinzipiell zu jedem Zeitpunkt und bei allen Geräten können Handover auftreten Vertikaler Handover: Wechsel zwischen verschiedenen Netztechniken Beispiel: Bewegung heraus aus Bluetooth Netz automatische Einbuchung in WLAN-Umgebung Seite 13 Mobilkommunikation

14 4 Roaming 4.1 Definition und Ablauf in einem anderen, fremden Netzwerk als seinem Heimnetzwerk selbsttätig Anrufe empfangen oder tätigen zu können, Daten schicken und empfangen zu können Ablauf: Abtasten der Umgebung nach weiteren Zugangspunkten (ZP) oder mobile Station sendet aktive Probe in die Umgebung und wartet auf Antwort Mobile Station wählt Zugangspunkt aus und sendet Reassociation Request Paket und ZP antwortet mit Reassociation Response Paket Zugangspunkt nimmt Request an und die Station wird dem Distribution System gemeldet (DS) DS aktualisiert Datenbestand über die aktuellen Aufenthaltsorte der mobilen Stationen ehemaliger ZP wird vom DS über das Roaming der mobilen Station informiert Seite 14 Mobilkommunikation

15 4 Roaming 4.2 Abgrenzung zu Handover am Beispiel Mobilfunkkommunikation Handover: - Verbindung kann unterbrechungsfrei übergeben werden, auch wenn währenddessen die Funkzelle verlassen wird - Endgerät misst und bewertet ständig die Feldstärken der empfangenen BTS - zwischen Funkzellen gleicher Provider Roaming: - Intelligenz von Mobilfunknetzen, die Teilnehmer unabhängig von ihrem Aufenthaltsort zu erreichen - wenn Roamingabkommen zwischen Mobilfunkbetreibern besteht, dann können Teilnehmer auch Netze nutzen, mit denen sie keine Verträge haben (so auch Auslandstelefonie möglich) - findet zwischen verschiedenen Netzbetreibern statt Seite 15 Mobilkommunikation

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 16 Mobilkommunikation

17 5 Literatur Krüger,G./Reschke,D.: Telematik: Netze-Dienste-Protokolle, 3.Auflage, Leipzig, Lipinski,K.(Hrsg.): Lexikon Mobilkommunikation, Bonn, Roth,J.: Mobile Computing: Grundlagen, Technik, Konzepte, Heidelberg, Sauter,M.: Grundkurs mobile Kommunikationssysteme, 3.Auflage, Wiesbaden, Schiller,J.: Mobilkommunikation,2.Auflage, München, Seitz,J./Debes,M,/Heubach,M./Tosse,R.: Digitale Sprach- und Datenkommunikation: Netze-Protokolle-Vermittlung, München/Wien, Seite 17 Mobilkommunikation