Grundkurs Computernetzwerke - Springerstatic.springer.com/sgw/documents/1362888/application/pdf/v_37... · Dt Bit GSM Zeitschlitz (Burst) 3571261 57 3 Data Bits Flags ... NodeB PS

Grundkurs Computernetzwerke

Eine kompakte Einführung in

Netzwerk und Internet TechnologienNetzwerk- und Internet-Technologien

2010 / 2. Auflage

© Autor | Buchtitel Vieweg+TeubnerPLUS Zusatzinformationen zu Medien des

Kapitel 10 / Funknetz-Technologien für das mobile Internet

Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010

www.viewegteubner.de

© Jürgen Scherff | Grundkurs Computernetzwerke. 2. Aufl. Vieweg+TeubnerPLUS

Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner Verlags


Übertragungs-k ität (kbit/ )kapazität (kbit/s)

100 000 28.80014 400100.000

100.000

10 000

8 800(14.400)14.400

(7.200)

HSPA

10.000

1.000 115,2 171,2(53 6)

473,6(236,8)

384(384)

LTEHSPA(HSDPA/HSUPA)

HSPA+

UMTS100 14,4

(9 6)

115,2(57,6) (53,6)

( )

EDGE

GSM

HSUPA)UMTS(UTRA-FDD)

10 (9,6)

HSCSD GPRS EDGE

1992 1999 2001 2006 2005 2007 2009 2011?

Mobilfunk-Technologien im Zeitablauf2G-Mobilfunk: GSM 3G-Mobilfunk: UMTS/LTE





(Zahlen in Klammern): maximale reale Datenraten in der Praxis

GSM-900 GSM-1800U li k D li k U li k D li kUplink Downlink Uplink Downlink

GSM-1900(USA)

GSM-850(USA)

MHz800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000 2 200

900 1.700 1.900

UTRA-FDD UTRA-FDD

800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200

UTRA-FDD UTRA-FDDUplink Downlink

1 Frequenzblockpaarmit je 2 x 5 MHz

UTRA-TDD UTRA-TDD

mit je 2 x 5 MHz

U U





MHz1.850 1.900 1.950 2.000 2.050 2.100 2.150 2.200

1.920 1.980 2.110 2.170

GSM FDMA (Frequency Division Multiple Access)FF

Kanal 124..960 MHzDownlink:

124 KanäleKanal 1

..

K l 124915 MHz935 MHz

124 Kanäle zu je 200 kHz

U li k

t

Kanal 124

Kanal 1

...915 MHz

890 MHz

Uplink:124 Kanälezu je 200 kHz

tKanal 1890 MHz

GSM TDMA Rahmen0 1 2 3 4 5 6 7

GSM TDMA-Rahmenmit 8 TDMA-Kanälen

Tail BitsD t Bit

GSM Zeitschlitz (Burst)3 57 1 26 1 57 3

Data BitsFlags

( )für 1 TDMA-Kanal 3 57 1 26 1 57 3 8,25

Guard SpaceTraining Sequence





GSM TDMA (Time Division Multiple Access)pg q

RSS (Radio Sub-System) NSS (Network Sub-System)A dAndere

Mobilfunk-netze

HLRVLR

BSSFunkzellen

TRAU netzeAC

EIRMSC

…

BSC

TRAU

VLR

BSSMSUm

PSTNBSCBTS

TRAU PSTNISDNPDN

GMSCMSCBSSMSUm

MS ABTS

U

Signaling:

Signaling

OMC (Operations andBSCBTS

Um Signalingand Traffic:

Interfaces:





OMC (Operations andMaintenance Center)Abis

BTS Interfaces:

MS BTS BSC MSC

3MM

CM

MM

CM

3

RR SCCP

BSSAPRR BSSAPSCCP

2 LAPD MTP2

MTP3

LAPD LAPD

RR‘ BTSM

LAPD MTP2

BTSM MTP3

1 Funk

LAPDm

MTP1

MTP2

Funk

LAPDm

PCM

LAPD

PCM MTP1

LAPD MTP2

OSI-Schichten 22,8 kbit/s

(13 kbit/s2,048 Mbit/s(32 Kanäle à

N x 2,048 Mbit/s(N x 32 Kanäle à

U A A

(13 kbit/sSprachdaten)

(32 Kanäle à16/64 kbit/s)

(N x 32 Kanäle à16/64 kbit/s)





Um Abis A

MS BTS BSC HLR GMSC ISDN V-MSC/VLR

PRN (IMSI) SRI (MSISDN)IAM (MSISDN)PRN (IMSI) SRI (MSISDN)IAM (MSISDN)PRN R(MSRN)SRI R(MSRN)

IAM (MSRN)Paging Request (TMSI)

Ch l R

Routing

Channel Req.Channel Ass.

Paging Result (Cell ID, TMSI) Triplet Req.

Pagingp q

Triplet Resp.Authentication Request (RAND)Authentication Response (SRES)

Cipher Mode RequestAuthentication/Ciphering

Cipher Mode Request

Cipher Mode Complete ResponseSetup Call

p g

Call ConfirmAssignment Request (TCH)

Assignment Complete

Radio Channel SetupAssignment Complete

ACM ACMANM ANM

AlertingConnect





Connect ACK

t tConnection Setup

ExterneNetze

RSS (Radio Sub-System) NSS (Network Sub-System)

GMSCMSC VLRBSSBSC

MSU GSM

Netze

A PSTNISDNBSC

BTS

Um GSMBackbone

ISDN…

TRAUMS

Um

Si liEIR

PCU

TRAU

MS

BTSSignaling:

Signalingand Traffic:

EIR

AC MS

Um Interfaces:HLR/GR

MSBTS

U

Gc

Gn

Gr

PCU

InternetAbis

Um

BTS SGSNBSC

GGSNGPRS

BackboneGb

n

Gi





AbisS SGSN GGSNBackbone

MS BSS SGSN GGSN(BTS und BSC)

Application

(BTS und BSC)

IP/X.25

pp cat o

GTP

IP/X.25

GTPSNDCP

IPUDPGTP

3, 4 SNDCPIP

UDPGTP

MACRLCLLC

ATM

IP

MAC FRBSSGP

LLC

FRRLC BSSGP ATM2

IP

Funk

MACSDHFunk

MAC

E1

FR

E1

FRSDH1

OSI-Schichten

U G GPCUVieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010




Um Gb GnPCU

GSM Zeitschlitz (Burst) für 1 TDMA-Kanal

Tail BitsData Bits

3 57 1 26 1 57 3 8 25

Data BitsFlags

3 57 1 26 1 57 3 8,25


Tail BitsTail BitsData Bits

Flags

9 173 (57 x 3 +2) 178 (26 x 3)1 173 (57 x 3 +2) 9 24,75






EDGE Zeitschlitz (Burst) für 1 TDMA-Kanal

Multiplextechnik für Mobilfunknetze

CodeFrequenz

FDMA

...

FDMA TDMA

...CDMA

Zeit

UTRA FDD von UMTSU o U S

LeistungFrequenz...

Nutzkanal nC d

1 Frame

...Downlink 5 MHzNutzkanal nCode n




Zusatzinformationen zu Medien des Vieweg+Teubner VerlagsZeitUplink 5 MHz

Nutzkanal 1Code 1

UTRAN(UMTS Terrestrial

CN(Core Network)

ExterneNetze

GMSCMSC VLR

(UMTS TerrestrialRadio Access Network)

(Core Network)

RNSUE

Netze

PSTNRNSRNC

UE

Node B

Uu CSBackbone

ISDN…

UENode B

Uu IuCSHLR

ACIub

Node B

IuCSSignaling:

Signalingd T ffiAC

EIRUE

Uu

and Traffic:

Interfaces:

IuPS

UENode B

U

InternetRNSRNC

Uu

Node BPS

BackboneVieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010




SGSNRNSIubNode B GGSNBackbone

UE UTRAN 3G-SGSN 3G-GGSN(Node B und RNC)

Application IP-Tunnel

(Node B und RNC)

IP/PPP/…

pp cat o

GTP

IP/PPP/…GTP GTPGTP

PDCP

IPUDPGTP

3, 4 PDCPIP

UDPIP

UDPIP

UDPGTP GTPGTP

MAC

RLCL2

IP

2MAC

RLC

ATM

AAL5

ATM

AAL5L2

Funk

MAC

L1 L1Funk1

MAC

L1

ATM ATM

L1

OSI-Schichten

U I PS G





Uu IuPS Gn

Funknetz-Typen WPAN WLAN WMAN WWANFunknetz TypenMbit/s 1000

WPAN WLAN WMAN WWAN

1000

100WiFi

802 11n

4GMobilfunk

Bluetooth 3 0Übertragungs-

k ität

100

WiFi802 11 /

802.11n

WiMAX

3,9G (LTE)Mobilfunk

Bluetooth 3.0kapazität 10

WiFi

802.11a/g 802.16-2004/802.16eZigBee

802.15.4 3,5G (HSPA)

1 Bluetooth 2.0802.15.1

WiFi802.11b

(MBWA802.20)

3G (UMTS)Mobilfunk

Reichweite ca. 10 m ca. 100 m bis 50 km bis 30 km

)

3GPP (3rdGen. Partner-ship Project)

IEEE 802.16(und ETSI

BRAN)Standards

IEEE 802.15 IEEE 802.11(und ETSIHiperLAN)





ship Project)BRAN)HiperLAN)

Ad-hoc-NetzwerkeIndependent Basic Service Set (IBSS)

BSS (Infrastructure BasicService Set)Independent Basic Service Set (IBSS) Service Set)

AP

Ethernet, DSL etc.

AP(Access Point) Switch/Router

,

ESS(ExtendedSer iceServiceSet)

AP APS it hAP

AP APSwitch

DS (Distribution System)





DS (Distribution System)

OSI-Schichten

3 7 Höh S hi ht (TCP/IP d HTTP FTP t )3 - 7

2b

Höhere Schichten (TCP/IP und HTTP, FTP etc.)

Logical Link Control (LLC)2b Logical Link Control (LLC)

Synchroner Dienst: Point Coordination Function (PCF), optional 2a

1 MIMO-HR-

Asynchroner Dienst: Distributed Coordination Function (DCF), Standard

1 Infrarot FHSS DSSS OFDM OFDM MIMOOFDM

HR-DSSS

St d d i

802.11b 802.11g 802.11a 802.11nIEEE 802.11

Standardserie





FHSS OFDMAA

DSSSA

FNormales Signal

FBandbreite bei FDMVerfügbare Bandbreite

FF1F2F3F4F5F6F7F8

FGespreiztes Signalg

F

p g

F8F7F K2

K3K3

K3

K2K1

K11 0

A

Band-F6F5F4F K1

K2K3

K3

K3K2

K2

K1K1

K1FNutzdatenbits breiten-

ersparnis

t

F3F2F1

K1

K3

K3K2 K2

K1

K1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 F F





tKanäle: K1 K3K2 Chip-Sequenz Bandbreite bei OFDM

Medienzugriff mit CSMA/CADIFS

Sender Data

ACK

DIFS

SIFSEmpfänger

Weitere

ACK

Wartezeit

DIFS

DataStationen

Zeit

Wartezeit

Wettbewerb über Back-off-Zeit

Data

Medienzugriff mit CSMA/CA und RTS/CTS-ErweiterungMedienzugriff mit CSMA/CA und RTS/CTS-Erweiterung

Sender DataRTSDIFS

Sender

Empfänger ACKCTSSIFS SIFS SIFS Back-off-Zeit

DIFSWeitere

Stationen NAV (CTS)

NAV (RTS)

RTS …

DIFS





Zeit

NAV (CTS)

Wartezeit

RTS

IEEE-802.11-Daten-FrameBytes: 2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

AddressFrame Duration/ SequenceAddress Address Address Data FCS1Control ID Control2 3 4 Data FCS

ProtocolVersion Type Subtype To

DSFromDS RetryMore

FragPowerMgmt

MoreData OrderWEP

Bits: 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1

Version DS DS Frag Mgmt Data

Struktur des Feldes Frame Control





Bluetooth-Piconet

M: MasterS: SlaveMS

S

SM/S: Master/SlaveP: ParkedSB: Standby

SBP

Bluetooth-Scatternet

MMS S

MS

S

M

M/SS

PSBSBS





Piconet 1 Piconet 2 Piconet 3

OSI-S hi ht

Spezifikation der Bluetooth SIGSchichten

Applications/Profilespp

Other

5 - 7

OtherRFCOMM

TCS SDPLLC4

L2CAPControlAudio

Li k MLLC

3

Baseband

Link ManagerLLC

MAC2

Bluetooth Radio

Baseband

Physical

MAC

1

IEEE 802 15 1IEEE 802





IEEE 802.15.1Standards

625 µs 625 µs625 µs

Slot SlotSlot… …

68 72 Bit 54 Bit 0 2 744 Bit

1/1.600second

Access Code Header Payload

68 - 72 Bits 54 Bits 0 - 2.744 Bits

Bluetooth Baseband PacketPreamble Sync Word (Trailer)

4 64 4

1 0 1 0 The 18 bit header is encoded with a rate 1/3 FEC resulting in a 54 bit header

AM Address Type Flow ARQN SEQN HEC0 1 0 1oder

rate 1/3 FEC resulting in a 54 bit header





3 4 1 1 1 8

Slave Master Slave

L2CAPL2CAP L2CAP

Baseband Baseband Baseband

Bluetooth Radio

ACL-Link Signalisierungs-kanal





Verbindungsloser KanalVerbindungsorientierter Kanal

WiMAX-Netztopologien1. 2. 3.

WLAN WLAN

WLAN

WLAN

WLAN WLAN

Point-to-Multipoint(DSL)

Point-to-Point(Backhaul Hotspots)

Point-to-All(Nomadic Mobility)(DSL)(Backhaul, Hotspots) (Nomadic Mobility)

WiMAX StandardWiMAX-Standard

Higher LayersOSI-Schichten

2b bis 7

MAC-CPS (MAC Common Part Sublayer)MAC-CS (MAC Convergence Sublayer)

Higher Layers

2a

MAC-PS (MAC Privacy Sublayer)MAC CPS (MAC Common Part Sublayer)

Physical Layer1Vieweg+Teubner Verlag | Wiesbaden 2010




Physical LayerQPSK 16-QAM 64-QAM

1

GERAN(2G/2,5G)

SGSN

UTRAN(3G)

HSSPCRF

GPRSCore

UE LTE-Uu

(3G)

eNB

u

MME S-GW PDN-GW

UEeNB

LTE-Uu

eNB

InternetE-UTRAN(Extended UMTS Terrestrial

EPC(Evolved Packet Core)





(Extended UMTS TerrestrialRadio Access Network)

(Evolved Packet Core)

Documents

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