Wireless IP: WLAN versus UMTS/GPRS

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1 Talk No. 4 Wireless IP: WLAN versus UMTS/GPRS Stefan Mehr Stefan Schlegel Thomas Mazhuancherry Supervisor: David Hausheer

2 WLAN - Übersicht WLAN Übersicht Standards Erweiterungen von Physical Layer MAC Layer Betriebsmodi Sicherheit Kosten

3 WLAN Standards WLAN Standards Netz Frequenzband Reichweite* Geschwindigkeit Bluetooth 2,4 GHz 10 m (bis 100 m) max. 1 MBit/s DECT MHz HomeRF 2,4 GHz 50 m HiperLAN/ ,4 GHz 50 m in Gebäuden, 300 m im Freien max. 20 MBit/s 1,6 MBit/s, Kanalbündelung möglich 5 GHz m max. 54 Mbit/s m in Gebäuden, 100 m im Freien max. 2 MBit/s

4 WLAN Standards Erweiterungen Erweiterung Beschreibung a Zusatz zum Physical Layer. Erhöhung des Durchsatzes im 5 GHz Frequenzband (54 Mbit/s) b Zusatz zum Physical Layer. Erhöhung des Durchsatzes im 2.4 GHz Frequenzband (11 Mbit/s) d Zusatz zum MAC Layer des Standards. Soll weltweiten Einsatz gewährleisten e Zusatz zum MAC Layer des Standards. Soll QoS Klassen bieten f Interaccesspoint Kommunikation g Zusatz zum Physical Layer. Erhöhung des Durchsatzes im 2.4 und 5 GHz Frequenzband h Zusatz zum MAC Layer. Um europ. Funkverordung zu erfüllen i Zusatz zum MAC Layer. Erhöhung der Sicherheit

5 WLAN Physical Layer Physical Layer (1) Frequenzbereich: 2.4 GHz Im Standard 3 Versionen für die Bitübertragungsschicht: FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Infrared ( nm) Im b und den Erweiterungen wird nur noch DSSS (in Kombination mit CCK) verwendet

6 WLAN MAC Layer Medium Access Layer Distributed Carriere Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) RTS/CTS Erweiterung (behebt das Problem der versteckten Endgeräte) Centralized Point Cordination Function mit Polling (Access Point steuert den Zugriff)

7 WLAN Betriebsmodi Betriebsmodi (1) Infrastruktur

8 WLAN Betriebsmodi Betriebsmodi (2) Ad-Hoc

9 WLAN - Sicherheit Funktionsweise von WEP WEP

10 WLAN - Sicherheit Sicherheitsrisiko WEP Sei V1: Verschlüsselte Nachricht 1 V2: Verschlüsselte Nachricht 2 M1: Nachricht 1; M2: Nachricht 2 K: Schlüssel {RC4(IV, statischer WEP Key)} V1 = M1 xor K; V2 = M2 xor K V1 xor V2 = M1 xor K xor M2 xor K = M1 xor M2

11 WLAN - Sicherheit Sicherheit erhöhen WEP Verschlüsselung verwenden WEP Schlüssel regelmässig ändern Access Points vor der Firewall positionieren VPN (Virtual Private Network)

12 WLAN - Kosten Kosten: Hardware Access Point (802.11b) Je nach Ausstattung zwischen 200 CHF und 1000 CHF Ausstattung: Dynamischer WEP Schlüssel, Radius Authentifizierung, Webserver Wireless LAN Card (802.11b) Zwischen 100 CHF und 200 CHF

13 WLAN - Kosten Kosten: Benutzung Monzoon ( CHF / 24 h CHF / 2 h (geplant) Swisscom Mobile 48 CHF / 24 h 19 CHF / 2 h

14 UMTS - Übersicht UMTS Einleitung Übertragungsfrequenzen Zellenhierarchie Weltzelle, Makro-, Mikro- und Pikozellen Codemultiplexing W-CDMA, Orthogonale Codes, Codegenerierung, Spreizfaktor

15 UMTS Einleitung Was ist UMTS? Europäischer Teilstandard der 3. Mobilfunkgeneration (3G) IMT-2000 (International Mobile Telecommunications at 2000MHz) Was sind die Ziele von UMTS / IMT-2000? Zur Verfügung stehende Frequenzen besser ausnutzen Global die gleichen Frequenzen und die gleiche Technik zu nutzen Datenübertragungsrate und Sprachqualität

16 UMTS - Technik Übertragungsfrequenzen ITU-Frequenzzuweisung für IMT-2000 f / MHz UMTS - Europa f / MHz IMT-2000 China f / MHz FDD Frequency Duplex Division 2001 UMTSlink.at TDD Time Duplex Division

17 UMTS - Technik Zellenhierarchie Weltzelle Satellit Makrozellen 2 km Ausdehnung Mikrozellen 1 km Ausdehnung Pikozellen Hotspots 2001 UMTSlink.at

18 UMTS - Technik WCDMA-Codemultiplexing (1) Signal 1: Sender S1 S1 x C1 Code1: C1 Orthogonale Codes Übertragungskanal S1 x C1 + S2 x C2 Code2: C2 Signal 2: S2 S2 x C UMTSlink.at

19 UMTS - Technik WCDMA-Codemultiplexing (2) S1 x C1 + S2 x C2 Empfänger Signal 1: S1 Code1: C1 S1 x C1 x C1 + S2 x C2 x C1 S1 x C1 + S2 x C2 Übertragungskanal Orthogonale Codes Code2: C2 C1 x C2 = 0 -> Signal 2 = 0 C1 x C2 = 0 -> Signal 1 = 0 S1 x C1 x C2 + S2 x C2 x C UMTSlink.at S1 x C1 + S2 x C2 Signal 2: S2

20 UMTS - Technik WCDMA-Codemultiplexing (3) Signalspreizung 2001 UMTSlink.at

21 UMTS - Technik WCDMA-Codemultiplexing (4) Codelänge Nutzdatenrate * Spreizfaktor = 3,84 Mchip/s

22 UMTS - Technik WCDMA-Codemultiplexing (5) Anpassung der Datenraten

23 UMTS vs. WLAN Überblick Technische Betrachtung Infrastruktur Integration Leistungsfähigkeit Sicherheit Wirtschaftliche Betrachtung Lizenzkosten Kosten der Carrier und Provider Kosten für den Benutzer Anwendungen

24 Technische Betrachtung Infrastruktur UMTS Core Network GSM Geschlossen und fest Definierte Infrastruktur Geschlossene Systeme Lizenznehmer WLAN LAN-Standard auf Funkwellen Vielfältige und flexible Infrastruktur Offene Systeme Verschiedene Unternehmen

25 Technische Betrachtung Integration Anschliessen der WLAN-Hotspots über IP an das Core- Network bzw. die GPRS Service Nodes Rechnungs- und Nutzungsverwaltung Entlastung des UMTS-Netzes WLAN-VoIP nicht wirklich optimal für Sprachübertragung Sprachverzerrungen und Aussetzer

26 Technische Betrachtung Leistungsfähigkeit Geschwindigkeit und Mobilität UMTS Ursprung in GSM 2 Mbit/s (theoretisch!) 384 KBit/s in der Anfangsphase WLAN Versorgung von Hotspots Verbannung der Kabel 11 Mbit/s (5Mbit/s) 2003: 54MBit/s! ABER WLAN-Datenraten nur über kurze Distanzen!

27 Technische Betrachtung Leistungsfähigkeit Verfügbarkeit UMTS flächendeckende Verfügbarkeit 1 UMTS-Antenne 1000 WLAN-Basisstationen Abdeckungsprobleme von WLAN Physische Verbindung der einzelnen Teilnetze Problematik der Nutzungsverträge Elektronische Interferenzen wirken auf WLAN 2.4-Gigahertz-Spektrum lizenzfrei Mikrowellen, Bluetooth

28 Technische Betrachtung Sicherheit Authentizität Verschlüsselung Abhörsicherheit Problematik der Abhörsicherheit Funkwellen Radiale Ausstrahlung der Antennen WEP ist nicht wirklich sicher Mbyte Traffic Shared Key Weitere Massnahmen VPN Radius Authentification

29 Wirtschaftliche Betrachtung Lizenzkosten UMTS Lizenznehmer Swisscom AG dspeed Orange Telefonica Frequenzbänder 2x15 MHz (FDD) 1x5 MHz (TDD) 2x15 MHz (FDD) 1x5 MHz (TDD) 2x15 MHz (FDD) 1x5 MHz (TDD) 2x15 MHz (FDD) 1x5 MHz (TDD) Preis 50 Mio. 50 Mio. 50 Mio. 50 Mio. WLAN Lizenzfrei Einmalige Konzession: CHF. Aufsichtskosten: 1000 CHF

30 Wirtschaftliche Betrachtung Kosten der Carrier und Provider Lizenzkosten Kosten für Netzaufbau UMTS 50 Mio / Betreiber 1-2 Mrd / Betreiber WLAN lizenzfrei CHF Sendemast/ AP Nicht berücksichtige Kosten / Sendemast CHF Marketingkampagne, Betriebskosten, Wartungsund Servicekosten, Organisationskosten

31 Wirtschaftliche Betrachtung Kosten für den Benutzer UMTS Up/Download Abrechnung Swisscom Mobile: 10 CHF / MByte (GPRS) WLAN Zeitorientiert Monzoon Networks: 0.02 CHF / Minute 15 MByte

32 Wirtschaftliche Betrachtung Anwendungen UMTS Lizenz und Investitionskosten enorm! Kosten einspielen Kundengewinnung durch neue Telefonieprodukte Leistungsfähigkeit von UMTS ermöglicht neue Dienste Sprachtelefondienst mit guter Sprachqualität Multimediale Dienste Killer Applications entscheidend für den UMTS-Erfolg!

33 Diskussion Diskussion UMTS WLAN: Konkurrenz oder Ergänzung? Datenübertragung Mobilität Sicherheit Wie könnte eine gegenseitige Ergänzung aussehen? WLAN: Chance für Mobilfunkanbieter? Könnt Ihr Euch entsprechende Geschäftsmodelle vorstellen? UMTS Das grosse Bedürfnis der Menschheit? Wo seht Ihr den zukünftigen Nutzen von UMTS? Rechtfertigt dieser die immensen Kosten?

34 Ausblick Ausblick und Fazit Datenübertragung: Sprachübertragung: Sicherheitsrelevante Übertragung: Übertragung in Randregionen: Mobiler Einsatz: WLAN + UMTS - WLAN - UMTS + WLAN - UMTS + WLAN - UMTS + WLAN - UMTS + Anbindungsmöglichkeiten lassen eine Ergänzung der beiden Technologien zum Wohle aller Marktteilnehmer sinnvoll erscheinen WLAN-Hotspot sinnvolle und preiswerte Alternative zu den UMTS-Piccozellen Swisscom Mobile ist bereits ins Geschäft mit b eingestiegen Katalysatoreffekt auf UMTS-Netze?

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