Telekommunikationssysteme

Transcrição

WS 1999 / 2000
Prof. Dr. Claudia Linnhoff-Popien
MNM
TEAM
Institut für Informatik
Ludwig-Maximilians-Universität, München
Prof. Dr. Otto Spaniol
Lehrstuhl für Informatik 4
RWTH Aachen
Unter Mitarbeit von:
Unter Mitarbeit von:
(in München)
(in Aachen)
• Markus Garschhammer
• Rainer Hauck
• Bernhard Kempter
• Annette Kostelezky
• Frank Imhoff
• Axel Küpper
• Jens Meggers
• Michael Wallbaum
Institut für Informatik, Ludwig-Maximilians-Universität, München
Lehrstuhl für Informatik 4, RWTH Aachen
1
Netzstruktur
Die Gestaltung der ständig wachsenden Netze erfordert klare, einfache
Strukturen. Prinzipiell liegen dabei 3 Ebenen zugrunde:
Diensteebene
Adressen spezifizieren Dienste
z.B. Nummer Notarzt
Vermittlungsebene
Hierarchische Vermittlungsstellen
zum Schalten von Verbindungen
Übertragungsebene
Leitungen, Funkzugänge,
Richtfunkstrecken
2
Signalformen
Zeit
zeitkontinuierlich
zeitdiskret
wertdiskret
wertkontinuierlich
Wert
3
1
Übertragungsweg
Problem:
Während des Übertragungsprozesses werden dem Signal „Daten“ in
Form von Störungen (Rauschen) hinzugefügt.
• Verzerrungen in der Telefonie
• atmosphärische Störungen in der Funktechnik
• Schatten und Verzerrungen bei der Bildübertragungen
Quelle
Sender
Kanal
Empfänger
Senke
Störungen
4
Shannon-Grenze
0,5
Einfügen
redundanter
Zeichen
10-2
Beispiel:
92 Binärzeichen
werden durch
35 redundante
Zeichen
geschützt,
wodurch bis zu
5 fehlerhafte
Zeichen sicher
korrigiert
werden können
Fehlerwahrscheinlichkeit
BCH*-Code:
Fehlerabstand
bei 1kBit/s
1s
Unipolare
Übertragung
1min
10-4
BCHCode
10-6
10-8
1h
1d
(Tag)
bipolare
Übertragung
10-10
ShannonGrenze
1a
(Jahr)
10-12
-4
0
5
* Bose-Chaudhuri-Hocqenghem-Code (zyklischer Blockcode)
10
15
20
25
E / N [dB]
5
Glasfaser
Monomode-Faser
• Kerndurchmesser: 8 -10 µm
r
• Gesamtdurchmesser entspricht
einer Wellenlänge
• Bandbreite bis zu 10 GHz
• bis zu 60 km
• keine Dispersion
(homogene Signalverzögerung)
Stufenindex-Faser
r
• Kerndurchmesser: 50 µm
• unterschiedliche verwendete
Wellenlängen
• Bandbreite bis zu 100 MHz
z
• bis zu 1 km
• unterschiedliche Signalverzögerungen
6
2
Fortentwicklung
6
Wellenlängenbereiche für die
4
• eine geeignete Lichtquelle zur
Verfügung steht und
2
0
800
1000
1200
1400
1600
• eine geringe Dämpfung erzielt
wird
Anzahl verfügbarer Kanäle konnte
laufend erhöht werden durch
6
4
• verbesserte Materialeigenschaften
der Fasern
2
0
800
1000
1200
1400
1600
• präzisere Lichtquellen
• Verkleinerung der „Guard-Bänder“
(Abstände zwischen den
Nutzdatenkanälen)
6
4
2
Rekord: >40 Terabit/s über eine Faser
0
800
1000
1200
1400
1600
7
Messen des Telefonverkehrs
Definition: Telefonverkehr:
Anzahl der Anrufe pro Zeiteinheit [z.B. pro Stunde]
mittlere Gesprächszeit [z.B. pro Stunde]
Definition: Verkehrsdichte ist die Anzahl der Anruf-Sekunden pro Sekunde
über eine gegebene Verbindung gemessen in Erlang
(bezeichnet nach dem dänischen Mathematiker Erlang, 1878-1929)
Beispiele: • 1 Erlang = 1 Verbindung ist für 1 Stunde belegt
• Eine Gruppe von 10 Verbindungen habe eine Verkehrsdichte von 5 Erlang.
Dann war die Hälfte der Verbindungen belegt.
8
Blockierung
Dienstgütegrad
Beispiel: Eine einzelne Nebenstelle mit 5000 Kunden
• maximal 10% der Kunden benötigen gleichzeitig den Dienst
• jede Verbindung nur zwischen Kunden dieser Nebenstellenanlage
• die Nebenstellenanlage könne bis zu 500 Verbindungen gleichzeitig verwalten
• der 501ste Anruf wird blockiert (lost call).
Der Dienstgütegrad ist die Wahrscheinlichkeit p für blockierte Anrufe in einem System
Anzahl blockierter Anrufe
Dienstgütegrad = ——————————————
Anzahl angebotener Anrufe
• typischer Dienstgütegrad: p = 0.01 zu Hauptverkehrszeiten
1) ‘lost calls held’ (Nord-Amerika) - sofortige Wiederholung
2) ‘lost calls cleared’ (Europa)
- Wartezeit vor Wiederholung
3) ‘lost calls delayed’
- Warteschlange (FIFO, LIFO, random)
9
3
Switching Factories
(Schaltfabriken)
1. Schritt
2. Schritt
1. Schritt
3. Schritt
m konzentrierende Schalter mit je n x k Knoten
m x n x k Schaltknoten
n
nxk
n
kxn
Þ
2. Schritt
N = m • n Eingänge
k lineare Schalter mit je m² Schaltknoten
mxm
nxk
kxn
3. Schritt
m expandierende Schalter mit je k x n Knoten
m x n x k Schaltknoten
Þ
mxm
Gesamt
2 x m x n x k + m² Schaltknoten
nxk
kxn
Beispiel mit N = 1.000 Eingängen
m=20; n=50; k=10
m
konzentrierende
Schalter
k
lineare
Schalter
m
expandierende
Schalter
24.000 Schaltknoten für
20 x 10 = 200 mögliche Verbindungen
anstelle von 499.500 Knoten in einem
1.000 x 1.000 Crossbar
10
Multiplexing
Multiplexing
Übertragungsmedium
1) hohe Bandbreite wird in logische
Kanäle unterteilt
• teuer (Tiefseekabel)
• knapp (Radiofrequenzen)
Effizienz
2) Mehrfachnutzung von Bandbreite
durch Zeitmultiplex
• hohe Bandbreite
• hohe Verfügbarkeit
3) Kombinationen möglich
Übertragungsmedium
z.B. Kupferkabel, Funk, ...
• einzelnes Medium
• mehrere
Übertragungskanäle
z.B. Frquenzmultiplex,
Wellenlängenmultiplex
• einzelnes Medium
• ein Übertragungskanal
Zeitmultiplex
Zeitschlitze
11
Modulation digitaler Signale
Zeit- und wertdiskrete Signale (digital signals)
Wert
1
0
1
1
0
Zeit
Phasenumtastung (Phase Shift Keying, PSK)
180° Phasenshift
Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying, FSK)
12
4
Abtasttheorem von Nyquist
Wenn ein band-limitiertes Signal in regelmäßigen Zeitabständen mit einer Rate gleich
oder zweimal größer als die höchste auftretende Frequenz abgetastet wird, dann
enthält die Abtastung die Information des Originalsignals. (Shannon et al., 1948)
X(t)
nT
t
t
Abtasten
mit 2T ≤ 1/fg
Frequenz fg
Beispiele
Þ
Þ
Þ
• TV Kanal (~15kHz Bandbreite)
• analoger Radarkanal (~56kHz)
• Sprachkanal (~4kHz Bandbreite)
Abtastrate 30,000 pro Sekunde (30kHz)
13
Quantisierung in
Telekommunikationssystemen
•nicht-lineare Quantisierungslinie (komprimiert für niedrige, erweitert für höhere Stufen)
•feinere/geringere Granularität für Signale niedriger/höherer Stufe
•reduzierter Quantisierungsfehler aufgrund niedrigeren Signal-Rausch-Verhältnisses von
Signalen niedriger Stufe im Vergleich zu Signalen höherer Stufe
•x (0 ≤ x ≤ 1) wird transformiert zu F(x) (mit F(0)=0 und F(1)=1). F ist konkave Funktion
fq(nT)
U
• Anstelle von x wird F(x)
linear quantisiert.
• Da F konkav ist, werden
kleinere x-Werte genauer
dargestellt als größere.
+1V
f(nT)
nT
-1V
14
Kodierung in
Telekommunikationssystemen
Beispiel für eine
Quantisierungsfunktion F(x):
A-Law-Kurve
(Europäisches E1-System):
é1 + ln(A ⋅ | x |)ù
FA(x) = sgn(x) ⋅ ê
ú
ë 1 + ln(A) û
for
é A ⋅| x| ù
FA(x) = sgn(x) ⋅ ê
ú
ë1 + ln(A) û
for 0 ≤ | x | ≤
1
≤ | x |≤ 1
A
1
A
Segment
Code
6
112
1111XXXX
5
96
1110XXXX
4
80
1101XXXX
3
64
1100XXXX
2
48
1011XXXX
1
32
1010XXXX
0
1001XXXX
1000XXXX
1
11011010
1/4
1/2
0,2
1
• Kurve mit 13 stückweise linearen Segmenten mit sechs Gradienten über und sechs
unter dem Ursprung (und ein Segment um “Null herum”, die ersten beiden Gradienten in Segment
0 sind gleich)
• Segmente werden mittels 8-bit PCM kodiert, bestehend aus 16 äquidistanten
Spannungsschritten
• 112 positive und 112 negative Schritte kodieren das quantisierte, diskrete Signal
• “A” in Formel gleich 87,6 (Bereich, wo Signal-Störabstand vergleichsweise konstant)
15
5
PCM-30
Übertragungssystemen
• ITU-T Standardisierung für 30 Sprachkanäle
• Mehrfachnutzung des Übertragungsmediums (z.B. Kupfer Twisted Pair, Koaxialkabel)
• zwei zusätzliche 64Kbit/s digitale Kanäle:
- Synchronisation (Kanal 0)
- Signalisierung (Kanal 16)
Sprachkanäle mit
Inband-Signalisierung
(analog)
64KBit/s digitale Kanäle
mit Outband- Signalisierung
Separate Übertragung
von Hin- und Rückkanal
Kanal 0
Kanal 1
Kanal 1
Kanal 2
• 2 Kuperdoppeladern
• 2 Koaxialkabel
• 2 Kanäle auf einer
Richtfunkstrecke
Kanal 30
Kanal 31
Kanal 30
Analoge
Terminals
Digitalisierung und
Signalisierung
Multiplex
Übertragungsmedium
16
Verbindungen zwischen
digitalen Vermittlungszentren
140 - 565Mbit/s
Glasfaser oder
Richtfunkstrecken
8 - 140Mbit/s
Regionale
Netze
Glasfaser
2 - 34 Mbit/s
Kupferkabel
64 kbit/s - 2 Mbit/s
Zugangsnetze
D
A
D
A
D
A
A
D
Glasfaser
64kbit/s - 2Mbit/s
Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH)
Glasfaser oder
Richtfunkstrecken
WeitverkehrsNetz
Modem
64 kbit/s - 2 Mbit/s
17
Plesiochronous Digital
Hierarchy (PDH)
2.048Mbit/s
Twisted Pair,
Koax
8.448Mbit/s
Koax,
Glasfaser
34.368Mbit/s
Glasfaser,
Richtfunk
139.264Mbit/s
Glasfaser,
Richtfunk
564.992Mbit/s
Glasfaser,
Richtfunk
PCM-30
PCM-30
PCM-30
PCM-30
256KBit/s
für zusätzliche
Signalisierung
576KBit/s
für zusätzliche
Signalisierung
1.792MBit/s
für zusätzliche
Signalisierung
7.936MBit/s
für zusätzliche
Signalisierung
Secondary
Multiplex
System
34Mbit/s
System
140Mbit/s
System
565Mbit/s
System
18
6
Erste Schritte hin zu SDH
SDH-Cross Connect
• add / drop Signale
• Hochgeschwindigkeits-SDH
• hohe Kapazität
2.5Gbit/s
SDHOverlay Network
SDH - Add/Drop-Multiplex
155Mbit/s
• add / drop Signale
• niedrigere Kapazität
155Mbit/s
2Mbit/s
SDH - Flexible Multiplex
PDH
FMUX
2Mbit/s
Vermittlungsstellen für
regionale und lokale Netze
• verteilt Bandbreite direkt
an Kunden oder
Vermittlungsstellen
Kunden mit hohen
Bandbreitenanforderungen
19
Asynchronous Transfer Mode
Asynchronous Transfer Mode (ATM)
• keine Leitungsvermittlung, sondern
Zellvermittlung
• feste Zellgrösse: 53 Bytes
• konstante und variable Zellraten
• multicastfähig
48 Bytes
• verbindungsorientiert
Zellmultiplexing auf einer ATM-Verbindung:
1
2
2
3
Zellkopf
(Header)
Nutzinformation (Payload)
5 Bytes
• asynchrones Time-Division-Multiplex
• kontinuierlicher Zellstrom
• unbenutze Zellen werden leer verschickt
1
3
2
3
2
3
leere Zelle
20
Vergleich der
Verkehrseigenschaften
Konstante Datenrate
(Constant Bit Rate, CBR)
• Video- und Sprachinformationen benötigen
konstante Datenrate
• reagiert kritisch auf
Übertragungsverzögerungen
• Jitter muss <15 ms sein
Last
Zeit
Last
Variable Datenrate
(Variable Bit Rate, VBR)
• typisch für komprimierte Videodaten
Verfügbare Datenrate
(Available Bit Rate, ABR oder
Unspecified Bit Rate, UBR)
• UBR = best effort, keine QoS Garantien
• ABR = minimale Übertragungsrate.
Adaptive Anpassung der Quelle
an die verfügbare Bitrate.
Zeit
Last
ABR/UBR
andere
Verbindungen
Zeit
21
7
ATM-Übertragung
Virtual Path (VP)
Identifikation durch Virtual Path Identifier (VPI)
Virtual Channel (VC)
Identifikation durch Virtual Channel Identifier (VCI)
Transmission Path
Jede virtuelle Verbindung ist ausgezeichnet durch:
Zwei mögl. Verbindungstypen:
- einen logischen Kanal (Virtual Channel Identifier, VCI)
• Virtual Channel Connection (VCC)
- eine Gruppe von Verbindungen (Virtual Path Identifier, VPI)
• Virtual Path Connection (VPC)
22
ATM - Cross Connect
VCI 22
VCI 23
VCI 21
VCI 24
VC / VP Cross Connect
VCI 21
VPI 4
VPI 1
VCI 24
verbindet sowohl
verschiedene VCs als
auch verschiedene VPs
VCI 22
VPI 3
VCI 23
VPI 1
VCI 21
VCI 22
VPI 5
VCI 22
VPI 5
VPI 6
VPI 6
VCI 25
VCI 22
VP - Cross Connect
VCI
VCI
VCI
VCI
verbindet
ausschliesslich
verschiedene VPs
21
22
25
29
VPI 7
(findet daher selten
Verwendung)
VCI 29
23
VP- und VC-Verbindungen
ATM-Kreuzverteiler
ATM-Vermittlungsstelle
ATM-Kreuzverteiler
VP - Cross Connect
(VC / VP -Switch)
VC / VP - Cross Connect
VCI=57
VCI=28
VCI 57 VCI 26
VPI 2
VPI 7
VCI 26
VPI 2
VPI 7
Virtual Path Connection (VPC)
VCI 28
VPI 4
VPI 1
Virtual Path Connection (VPC)
Virtual Channel Connection (VCC) - Ende-zu-Ende-Verbindung
24
8
Idee der photonischen Netze
Exklusive Bereitstellung einer durchgängigen Wellenlänge (Lichtfarbe)
für eine Verbindung für die Zeit der Kommunikation
einzelne Glasfaser
Wavelength Division
Multiplex (WDM)
Switch mit optischer
Vermittlungstechnik
Vorteile:
heute:
• riesige Bandbreite (z.Zt. >2,5GBit/s)
fast nur als Punkt-zu-Punkt-Verbindung
im Einsatz, da noch keine geeigneten
Switches existieren
• minimale Fehlerrate (<10-14)
• hohe Sicherheit durch exklusive Nutzung
25
Problem der “letzten Meile”
mehr als 70% der Kosten einer
kompletten Abdeckung
Hauptstrecken
(Glasfaser, Richtfunk)
“dirty mile”
return-on-investment nur sehr schwer
erreichbar, u.a. wegen
• hoher Nutzerfluktuation
• sehr unterschiedlicher Nutzeranforderungen
• sinkender Einführungszeiten für neue Dienste
• sinkender Nutzungszeiten für Dienste
• sinkender Grundgebühren
“letzte Meile” ( 1 - 2 km)
Ortsvermittlungsstelle
Kabelverteiler
Anschlussleitungen
5-50 m, 2-8 Paare
Hauptkabel
1-8 (Ø 1.7) km
Verteilungskabel
20-1000 (Ø 300) m
150 - 2000 (Ø 400) Paare
6 - 600 (Ø 36) Paare
Kabelmuffen
26
Zugriffstechnologien
a/b Interface / ISDN
1 Kupferpaar
Line
Circuit
~230V
V5.1 (Multiplex)
2 Paare / 2 Fasern
V5.2 (Konzentrator)
2 Paare / 2 Fasern
LC
LC
LC
30 Teilnehmer
1 Kupferpaar
>30 Teiln.
1 Kupferpaar
Wireless Local Loop (WLL)
2 Paare / 2 Fasern
Vermittlungsstelle
SDH
V5.2
Bis zu 50m
27
9
Klassifizierung von
Verbindungsnetzen
Problem:
Zwei Teilnehmer müssen über ein gegebenes Netz verbunden werden,
• während eine Vielzahl von Verbindungen bereits besteht und
• ohne daß bestehende Verbindungen unterbrochen werden müssen.
Lösung:
Programmierbare Permutationsnetzwerke
Klassifizierung:
1) Steuerung von Außen (durch einen Routing-Algorithmus) oder selbstroutend
entsprechend der anliegenden Inputs
2) blockierende, rearrangierbare oder dynamische Verbindungsnetze
28
Omega-Netze
Beispiel:
Das sogenannte Omega-Netzwerk besteht ausschließlich aus „ExchangeModulen“
Ausgänge
Eingänge
Eingänge
Ausgänge
• Das gesamte Netz verfüge über M = 2m Inputs und Outputs 0,1, ..., M-1.
• Die Inputs werden paarweise an 2m-1 Exchange-Module angeschlossen.
• Die Outputs der Exchange-Module werden im Perfect-Shuffle-Verfahren mit
den Inputs der nächsten Stufe von Exchange-Modulen verbunden.
Perfect-Shuffle:
Bitweiser zyklischer linksshift der Adressen (z.B. 110 → 101 oder 001 → 010)
29
Redundante Omega-Netze
N = 2 n und B = 2 b und BN
0
log BN identische Stufen mit
(BxB)-Schaltelementen
4
jede Stufe besteht aus N/B
Schaltelementen
Stufen sind über B·N/B-SchuffleVerknüpfungen verbunden
8
12
16
Beispiel:
N = 32 = 25 Ein- / Ausgänge
20
B = 4 = 2 2 Eingänge je Schaltelement
log B N = log 432 = 5/2
N/B = 8 (BxB)-Schaltelemente
24
28
log BN = 3 Stufen
30
10
Verbindungen zu
anderen Netzen
Die einzelnen Netze müssen über eine ausreichende Anzahl von Nutz- und
Signalisierungsverbindungen miteinander verbunden sein.
Gemeinsames Rückgrat für den logischen Zusammenhalt:
ITU-T-Zeichengabeverfahren Nr. 7 =
Signalling System No.
No. 7, SS7
USA: Einsatz bereits Anfang der 80er Jahre
• Mit diesem Zentralkanal-Zeichengabesystem wurden zum ersten Mal die
Nutzwege von den Signalisierungswegen getrennt behandelt.
• Durch die Vernetzung der Signalisierungsnetze ist es möglich, daß sich
das ISDN der Deutschen Telekom und der Konkurrenzbetreiber sowie
Mobilnetze und Elemente des Intelligenten Netzes für den Kunden als ein
einziges Netz darstellen.
31
SS7-Funktionen in den
verschiedenen Ebenen
Betrachten die Ebenen im Detail:
Anwenderteil
• Ansteuerung der Vermittlung
• Nachrichtenbehandlung
Zeichengabenetz
• Nachrichtenleitweglenkung
• Nachrichtenverteilung
User Parts
Signaling Network Functions
Signaling Link Control
Signaling Data Link
Zeichengabestrecke
• Sichere Zeichenübermittlung
• Rahmensynchronisation
Zeichengabekanal
• Zugriff über Koppelnetz
• Physikalische Bitübertragung
Die unteren drei Levels vom Signaling System No. 7 sorgen für die
gesicherte Übermittlung der Signalisierungsnachrichten zwischen den
Signalisierungsstellen.
32
Entwicklung des
Advanced Intelligent Networks
AIN steht für Unabhängigkeit von Diensten, Vermittlungsrechnern u.a.
Ausstattung. Praktische Umsetzung erwies sich jedoch als sehr komplex.
Deshalb:
Evolutionäres Konzept
Konzept, das eine phasenweise Entwicklung von Funktionen
beinhaltet, so daß Ergebnisse möglichst frühzeitig umgesetzt werden können.
Innerhalb einer Phase werden sogenannte Capability Sets (CS) generiert:
CS-1 März 1992: (Release - CS-1R im Mai 1995) beinhaltet:
CS-1,
• Service Independent Building Blocks für leichtes Gestalten von Diensten
• Netzimplementierung ist von der Bereitstellung der Dienste unabhängig
CS-2 wurde 1994-1997 erarbeitet:
• Funktionale Netzelemente mit deren Interaktion und Management
CS-3 wurde 1995-1998 erarbeitet:
• Definition von Protokollen innerhalb der Physikalischen Ebene (vgl. INCM)
33
11
Ablauf eines IN-Dienstes
Service
logic
Beispiel:
IN-Dienst mit
zeitabhängigem
Rufnummernmapping
3. Request for target
7. Payload
SDP
SCP
Databases
4. Answer to Request for Target
9.00 a.m. - 12.00 a.m.: 4711 → Subscriber A,
12.00 a.m. - 9.00 p.m.: 4711 → Subscriber B,
if busy:
4711 → Subscriber C
6. Payload
5. Instruction to
switches
2. SSP detects
FreePhone-Service
SSP
1. Calling party dials
„FreePhone“ 0800 4711
Switch
SSP
Circuit Switched Telephone Network
Subscriber A
Switch
Switch
Subscriber B
SSP: Service Switching Point
SCP: Service Control Point
SDP: Service Data Point
SS7-Network
Subscriber C
34
Beispiel: Rufnummernmapping
z.B. Anruf einer
0180-Nummer
BCP
initialize
Mapping auf eine
physikalische Nummer
Basic Call Process (IN)
analyse call data (signalling)
TRANSLATE
new()
Forward
Weiterleitung zum
physiklischen Teilnehmer
analyse call data (signalling)
connected
Gebührenabrechnung
disconnect()
Beenden des IN-Dienstes
call released
delete service
new()
start_charge()
Charge
stop_charge()
get_charge()
delete()
35
Ziel TMN
Wozu ein standardisiertes
Telekommunikationsmanagement?
Ziel: Bereitstellung eines ganzheitlichen Netz- und Dienstmanagements
aller am Telekommunikationsgeschäft beteiligten.
Was ist TMN?
TMN ist eine Architektur, die sowohl dem Netzbetreiber als auch dem
Dienstanbieter ein flexibles Ressourcenmanagement ermöglicht.
Grundprinzip des TMN
Physisch getrenntes Netz zum Management von Telekommunikationsnetzen und -diensten aller Art - dabei herstellerneutrales Management von
Netzen, Netzelementen und Diensten durch ein generisches Informationsmodell und standardisierte Schnittstellen für Managementzwecke
36
12
1. OSI-Funktionsmodell
Das OSI-Funktionsmodell teilt Management in 5 funktionale Bereiche:
(Fault Management)
(Configuration Management)
(Performance Management)
(Accounting Management)
(Security Management)
37
Persönliche Mobilität
Festnetz
Mobilfunknetz
fest
verbunden
fest
verbunden
dynamisch
verbunden
fest
verbunden
dynamisch
verbunden
dynamisch
verbunden
keine
Mobilität
Endgerätemobilität
persönliche
Mobilität
Fest- und Mobilfunknetze
fest
verbunden
Netzidentifikation
Endgeräteidentifikation
Benutzeridentifikation
38
Mehrfachzugriffsverfahren
Überblick
Problem:
CDM
A
•
Übertragungskanal wird von mehreren
Teilnehmern gleichzeitig benutzt
•
mobile Stationen konkurrieren bei der
Nutzung von Frequenzen
Þ Kollision an der Luftschnittstelle
FDM
A
Zeit
Code
MA
TD
Fre
en
qu
z
Lösung:
•
Mehrfach-Zugriffsverfahren zur
Unterteilung der Frequenzbereiche in
Sprachkanäle
[Eberspächer, J.; Vögel, H.J.]:
GSM - Switching, Services and Protocols, Wiley
39
13
Frequency Division Multiple Access (FDMA)
Ze
it
Funktionsweise:
Fr
eq
•
Frequenzband wird in Segmente
unterteilt
•
ein Nutzer pro Segment
•
Bandbreite ist durch Frequenzspektrum
und Modulationsart bestimmt
Vorteile:
• leicht implementierbar
ue
nz
• keine Intersymbol-Interferenz
Nachteile:
• niedrige Bitraten
• teure lineare Verstärker (wegen Problem
der Intermodulation)
• „nahtloser Handover“ schwer zu
erreichen
Nutzung:
•
C-Netz (Deutschland)
•
CT
40
Time Division Multiple Access (TDMA)
Mehrfachträger- Funktionsweise:
system
• Nutzern wird zyklisch, für die Dauer
Trägereines Zeitschlitzes, eine Frequenz zur
frequenz
exklusiven Nutzung zugewiesen
oft Unterteilung des Frequenzbandes
in Teilbänder durch Nutzung von
FDMA
•
store and burst system:
in jedem Zeitschlitz sendet die mobile
Station einen Datenburst
•
Zahl der TDMA Kanäle auf einer
Trägerfrequenz hängt von der Länge
der Zeitschlitze ab.
•
Zeitschlitze in einer Periode werden
zu TDMA Rahmen zusammengefasst
Ze
it
•
Fr
e
qu
en
z
41
Zellulares Konzept
Frequenzwiederverwendung (N=7)
Cluster
ideales hexagonales
Gitter
5
5
4
4
6
1
3
1
3
7
2
Signal- zu Interferenzleistungsverhältnis (Gleichkanalstörabstand):
7
2
C/ I=
5
4
Verlust auf Ausbreitungsweg
C ≈ r −α
6
6
Carrier
1
3
α = 2, freier Raum
α = 5.5, dicht bebaute Umgebung
7
2
Interference
1
å
N
é Dk ù
ê
ú
k =1 ë R û
Wiederverwendungsradius
−α
Zellradius
GSM: 15dB Mindest-C/I
42
14
UMTS-Zelltypen
Satellitenkomponente
• großflächige globale
Abdeckung
• Verwendung in
Gebieten, die nicht
durch terrestrische
Komponente
erschlossen
sind
terrestrische Komponente
Umbrella-Prinzip
• verschiedene Typen von
Funkzellen mit unterschiedlichen
Reichweiten und Übertragungsraten
Zone 4: Global
Satellite
Zone 3: Suburban
Zone 2: Urban
Zone 1: In-Building
Macro-Cell
Micro-Cell
Pico-Cell
43
Aufbau eines Mobilfunknetzes
Mobile Switching Center (MSC):
übernimmt das Location Management,
Übergänge zu anderen Netzen
Base Station Controller
(BSC)
Home Location Register
(HLR):
speichert teilnehmerbezogene Daten
(Rufnummer, verfügbare
Dienste, Dienstmerkmale
etc.)
Visitor Location Register (HLR):
enthält die Position (Location Area) der Teilnehmer
innerhalb des zugeordneten Bereichs
44
Kommende Verbindung
Mobilfunknetz
BTS
Funk- oder
Luftschnittstelle
VMSC/VLR
Core- oder
BackboneNetz
HLR
GMSC
MAP: Send
Routing Info
(B-Rufnummer
MAP: Provide
ISDN-BC,
Roaming Number
Teledienst)
(IMSI/Rufnummer
HLR-Abfrage
LMSI, GSM-BC)
Festnetz
Vermittlungsstelle
IAM
(B-Rufnummer,
ISDN-BC
Teledienst)
Überprüfung der Teilnehmerberechtigung und der geforderten
Leistungsmerkmale
1) Ein kommender Ruf aus dem Fernsprechnetz wird zu einer Zugangs- oder GatewayMobilvermittlungsstelle (GMSC) geleitet
2) Diese erfragt beim Home Location Register (HLR) die Informationen über den
gegenwärtigen Aufenthaltsbereich des Teilnehmers
45
15
Paging-Verfahren
Gründe für das Paging-Verfahren:
• geringerer Aufwand für
Location Updates
• weniger Hardware nötig
• reduzierter
Signalisierungsverkehr
durch das Netz
Nachteil:
• Zeitverlust beim
Verbindungsaufbau
Problem:
• Optimierung: Verbindungsaufbau vs. Aufwand für
Location Updates
BTS: Base Tranceiver Station
46
Optimierungsaufgaben
Datenbankmodell für UMTS
Entwicklung:
• rasant zunehmende
Anzahl von Benutzern
• wachsende Mobilität
• Zunahme der mobilen
Anwendungen und
Dienste
• steigende Nachfrage
nach Bandbreite
• neuartige, sehr
komplexe Dienste
• deutlich mehr Anbieter
• Differenzierung der
Aufgaben einzelner
Anbieter
Aufgaben:
• Anzahl der Datenbankanfragen minimieren
• Signalisierungsverkehr minimieren
• Verzögerung bei der Ausführung minimieren
47
16

Telekommunikationssysteme

Transcrição

Documentos relacionados

Ehrenamtstag in Aachen vom 06.10.2013

Begleitprogramm zur Ausstellung

Bericht Aachen-Camp - Nadja Goldmeier - Mint-EC

DB BAHN – Verbindungen – Ihre Auskunft

Imprimir/PDF

Bunker:Bürgergebensichnichtgeschlagen - leben-am

Lebenslauf - Kliniken der Stadt Köln

Aachener Baustofftage 2016

„Therapie der Meningeosis neoplastica“

Presse IHK 2011

Folien 141-160

Kierig, J.: Zur Umstellung des Preisindex für die Lebenshaltung und