angewandte telematik kapitel 3 fortsetzung
Download
Skip this Video
Download Presentation
Angewandte Telematik Kapitel 3 (Fortsetzung)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 32

6. Vorlesung - PowerPoint PPT Presentation


  • 665 Views
  • Uploaded on

Angewandte Telematik Kapitel 3 (Fortsetzung). Grundlagen der drahtlosen Kommunikation. Multiplexing bei UMTS . Nutzertrennung via Wideband Code Division Multiplexing Access (WCDMA) Starke Spreizung des Signals Wirksam auch bei geringer Sendeleistung Robust gegen schmalbandige Störimpulse

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '6. Vorlesung' - LeeJohn


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
angewandte telematik kapitel 3 fortsetzung

Angewandte TelematikKapitel 3 (Fortsetzung)

Grundlagen der drahtlosen Kommunikation

multiplexing bei umts
Multiplexing bei UMTS
  • Nutzertrennung via Wideband Code Division Multiplexing Access (WCDMA)
    • Starke Spreizung des Signals
    • Wirksam auch bei geringer Sendeleistung
    • Robust gegen schmalbandige Störimpulse
  • Duplextrennung (Trennung von Up- und Downlink) über
    • Frequency Division Duplex (FDD) z.B. in Deutschland oder
    • Time Division Duplex (TDD) z.B. in Tschechien

Angewandte Telematik

3 3 3 umts
3.3.3 UMTS
  • Flächenabdeckung durch verschiedene Zelltypen
    • Geschwindigkeitsbeschränkungen wegen des Doppler-Effekts (bei Bewegungen Frequenzverschiebungen, die nur bis zu einem gewissen Maß toleriert werden können)

Angewandte Telematik

3 3 4 long term evolution lte
3.3.4 Long Term Evolution (LTE)
  • Möglicher UMTS-Nachfolger, wird derzeit von der 3GPP, einem internationalen Konsortium aus Providern und Geräteherstellern, entwickelt und getestet
  • Spezifikation gilt bereits als „Reif“ und im „Bugfixing“
  • Produktivbetrieb ist für 2010 angekündigt
  • LTE ist noch nicht die „4. Generation“ (all-IP), sondern eher „3.9“
  • Für den „nächsten Nachfolger“ LTE-Advanced werden bereits Proposals gesammelt

Angewandte Telematik

lte im vergleich
LTE im Vergleich

vgl. http://www.elektroniknet.de/home/kommunikation/fachwissen/uebersicht/drahtlose-kommunikation/baugruppen-systeme/lte-nachfolgegeneration-von-umts/druckversion/

Angewandte Telematik

technische neuerungen von lte
Technische Neuerungen von LTE
  • Duplextrennung via FDD und TDD im selben Netz möglich
  • Downlink Nutzertrennung via „Orthogonal Frequency Division Multiplexing“ (OFDM)
    • verwendet viele dichtgedrängte orthogonale Sub-Carrier zur Datenübertragung
    • diese Daten sind unterteilt in parallele Datenströme/Kannäle (einer pro Sub-Carrier)
  • Uplink Nutzertrennung via „Single Carrier-Frequency Division Multiple Access” (SC-FDMA)
    • linear prekodiertes OFDMA-Schema, das eine sehr gute konstante Übertragungsqualität erreicht
  • Lückenlose Einbindung in bestehende GSM, CDMA und WCDMA Netze
  • Mehrantennensysteme (MIMO - Multiple Input / Multiple Output) erhöhen die maximale Nutzerzahl innerhalb einer Funkzelle

vgl. http://www.3gpp.org/

Angewandte Telematik

orthogonal frequency division multiplexing
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • Sonderform des FDM
  • wandelt breitbandigen frequenzselektiven Kanal um in viele parallele schmalbandige Einzelkanäle
  • in vielen drahtlosen Standards im Einsatz: DAB, DVB-T, WiMAX IEEE 802.16, ADSL, WLAN IEEE 802.11 a/g, LTE UTRA
  • gemeinsam mit MIMO auch in WLANs genutzt
multiple input multiple output mimo
Multiple Input Multiple Output (MIMO)
  • Raumaufteilung per SDMA (Space Division Multiple Access)
    • bündelt Übertragungskanäle
    • bisher wenig beachtet im Vergleich zu Frequenz-, Zeit- und Code-Multiplexing
    • nutzt zeitliche und räumliche Dimension (auch „Space-Time-Coding“)
    • erhöht Qualität und Datenrate einer drahtlosen Verbindung
  • Verwendung mehrerer Antennen auf Sender- und Empfangsseite – Mehrantennensystem
    • Multiple Input MI  ein Kanal, aber mehrere Sendeantennen
    • Multiple Output MO  mehrere Empfangsantennen
multiple input multiple output mimo9
Multiple Input Multiple Output (MIMO)
  • Hohe Performanz
    • Übertragen mehr Bit/s pro genutztem Hz Bandbreite
    • bessere spektrale Effizienz (Ausnutzung des Raumes) als bei omnidirektionalen Antennen
    • Volle MIMO-Unterstützung, wenn sowohl Sender als auch Empfänger MIMO beherrschen
  • Spielt eine Rolle in Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN)
    • die auf dem internationalen Wireless Interoperability for Microwave Access (WiMAX)-Standard und 4G-Netzwerken basieren
erwartungen der provider an lte stand 2007
Erwartungen der Provider an LTE(Stand 2007)

Nach: Market Potential for 3G LTE, Analysys Research, http://www.umts-forum.org/component/option,com_docman/task,doc_download/gid,2126/Itemid,12/

Angewandte Telematik

erwartungen der provider an lte stand 200711
Erwartungen der Provider an LTE(Stand 2007)

Nach: Market Potential for 3G LTE, Analysys Research, http://www.umts-forum.org/component/option,com_docman/task,doc_download/gid,2126/Itemid,12/

Angewandte Telematik

dienstkategorien von lte
Dienstkategorien von LTE

Aus: Market Potential for 3G LTE, Analysys Research, http://www.umts-forum.org/component/option,com_docman/task,doc_download/gid,2126/Itemid,12/

Angewandte Telematik

dienstkategorien von lte13
Dienstkategorien von LTE

Angewandte Telematik

dienstkategorien von lte14
Dienstkategorien von LTE

Angewandte Telematik

dienstkategorien von lte15
Dienstkategorien von LTE

Angewandte Telematik

dienstkategorien von lte16
Dienstkategorien von LTE

Angewandte Telematik

realit t 2009
Realität 2009
  • (Fast ?) alle vorgeschlagenen Dienste werden bereits im Internet angeboten.
  • Vieles davon kann mit aktuellen Geräten (Smart-Phones, Pocket PC, iPhone, etc.) und der gegenwärtigen Infrastruktur (UMTS / GPRS) mobil genutzt werden.
  • Gegenwärtiger Ansturm auf Marktanteile im Handel mit mobilen Applikationen und Musik
    • Gerätehersteller (z.B. iTunes-Store, Nokia Music Store)
    • Netzbetreiber (Music-, Games-, Fun-, etc. Abonnements von T-Mobile, Vodafone, E-Plus, O2)
    • Spartenanbieter (z.B. Jamba)
    • freie Alternativen (legal und weniger legal)

Angewandte Telematik

3 4 drahtlose lokale netze
3.4 Drahtlose lokale Netze
  • Nachteile drahtgebundener lokaler Netze
    • Verkabelung kostenintensiv (Material, Arbeit)
    • Verkabelung ex post schwierig und aufwendig, u.U. unmöglich (z.B. Denkmalschutz)
    • Reichweiten beschränkt (z.B. Gebäude)
    • Verkabelung oft unschön
  • Nachteile drahtloser lokaler Netze
    • Geringere Bandbreite, höher Fehlerrate
    • Abhörmöglichkeit
    • Hardware teuerer
    • Batterieversorgung für Endgeräte
    • Störung anderer Geräte durch Funksignale
  • Anwendungsszenarien
    • Büro
    • Messen
    • Katastropheneinsätze
    • Krankenhaus
    • Industrielle Produktion

Angewandte Telematik

3 4 1 wlan
3.4.1 WLAN
  • Wireless LAN (WLAN)
    • Umgangssprachlich Sammelbegriff für alle lokalen drahtlosen Netze
    • Bezeichnet eigentlich die Standards IEEE 802.11, 802.11a - 802.11y

Protokollarchitektur von IEEE 802.11:

ISO Referenz-Architektur:

Anwendung

Darstellung

Sitzung

Transport

Vermittlung

Sicherung

Bitübertragung

Angewandte Telematik

3 4 1 wlan20
3.4.1 WLAN
  • „Drahtloses Ethernet“, da wie kabelgebundenerEthernet-Standard verwendbar
  • Mittlerweile weit verbreitet (lokale Netze, öffentliche „Hot Spots“)
  • Bitübertragung per Funk oder Infrarot
  • 2 Betriebsmodi (Infrastruktur, Ad-hoc)

Angewandte Telematik

infrastruktur modus
Infrastruktur-Modus
  • Anbindung mobiler Rechner über Basisstationen (Access Points)
  • Zugang zu stationären Netzwerk über Access Points
  • Access Points sind i.d.R. Spezialgeräte
  • Versenden so genannter Beacon-Frames (dt: Leuchtfeuer) mit Verwaltungsinformationen zur Erleichterung des Verbindungsaufbaus
    • z.B. Netzwerkname („Service Set Identifier“, SSID)
    • lokale Zeit
    • Liste unterstützter Übertragungsraten
    • Art der Verschlüsselung

Angewandte Telematik

ad hoc modus
Ad-hoc-Modus
  • Verbindung mobiler Rechner untereinander
  • Keine Anbindung an ein stationäres Netz
  • Alle Stationen sind gleichberechtigt
  • ABER: Koordination aufwendiger, da kein ausgezeichneter Rechner für Verwaltung zuständig

(detailliert in Kapitel 3.6 „Routing in Ad-hoc Netzen“)

Angewandte Telematik

3 4 1 wlan23
3.4.1 WLAN
  • Service Sets: wichtige Entität in IEEE 802.11
  • Basic Service Sets (BSS): Verbund von zwei oder mehr Stationen
  • Independent Basic Service Set (IBSS): Verbund von zwei oder mehr Stationen im Ad-hoc Modus (ohne AP)
  • Extended Service Set (ESS): Verbund von mehreren BSS
    • Distribution System (DS): Verbund von Access Points verschiedener BSS

Angewandte Telematik

timing synchronization function tsf
Timing Synchronization Function (TSF)
  • Synchrone Uhren sind zur Kollisionsvermeidung nützlich
  • Im Infrastrukturmodus durch den Access Point gewährleistet
  • Uhrensynchronisation im Ad-Hoc Modus:

Angewandte Telematik

power management
Power-Management
  • Cleveres Aktivieren von Sende- und Empfangselektronik
  • Einsatz der Zustände sleep und awake
  • Empfangs-Hardware muss standby bleiben, weil auch ungeplant Pakete eintreffen können.
  • Genauer:
    • Begibt sich eine Station in den sleep-Modus werden die an sie gerichteten Pakete vom Sender zwischengespeichert
    • Periodisch Aufwachen der schlafenden Komponente
    • Abholen der zwischengespeicherten Pakete
    • Danach wieder schlafen
    • Kommunikation über Beacon-Frames
    • Aufwändig im Ad-hoc Modus!

Angewandte Telematik

power management im ad hoc modus
Power-Management im Ad-hoc Modus
  • Jede Station speichert die Pakete für schlafende Stationen zwischen.
  • Wenn eine Beacon-Periode beginnt, müssen deshalb potenziell sehr viele Stationen ankündigen, dass zwischengespeicherte Pakete bereitliegen.
  • Insgesamt: Sehr hohes Paket-Aufkommen direkt nach Beginn einer Beacon-Periode!

Angewandte Telematik

roaming
Roaming
  • Reichweite eines WLAN-Access Points (APs): 30-50 m
  • Anforderungen:
    • Verfügbarkeit in Gebiet, das von mehreren APs bedient wird. Transparenz des bedienenden AP.
    • Bewegt sich die mobile Station, soll sie transparent für den Anwender von einem AP an den „nächsten“ übergeben werden.
  • Dieser Mechanismus wird Roaming genannt, auch wenn er im Grunde dem Handover in Mobilfunknetzen entspricht!

Angewandte Telematik

roaming in 802 11
Roaming in 802.11
  • Mobile Station erkennt, dass Sendeleistung eines AP zu niedrig ist
  • Suche nach neuem AP
    • Passiv (durch Mithören)
    • Aktiv (durch das Versenden spezieller Frames)
    • Suche nach neuem AP
    • Registrierung bei geeignetem AP und Quittierung
    • Neuer AP muss Zellenwechsel-Information im Netz bekannt geben. Insbesondere muss der alte AP erfahren, dass er nicht mehr zuständig ist.
  • Dieses Verfahren erfordert, dass die APs sich über das Distribution System (DS) verständigen können.
  • Das DS stellt mehreren WLANs Information übereinander zur Verfügung.
  • Der Einsatz eines DS klappt nur bei überschaubaren WLANs.
  • Für eine Stadt oder die ganze Erde ist kein globales WLAN denkbar.
  • Hier sind Lösungen auf höheren Protokollschichten nötig,zum Beispiel „Mobile IP“

Angewandte Telematik

mobile ip
Mobile IP
  • Problematik: Mobiler Rechner bietet Dienste an  Verlust der Verbindung bei Zellenwechsel
  • Mögliche Lösung: Mobile IP [RFC2002, RFC2977]
  • Beständigkeit der IP-Adresse in anderen Netzwerken
  • Rechnertypen nach Mobile IP:
    • Mobiler Rechner (mobile host)
    • Kommunikationspartner (corresponding host)
    • Heimagent (home agent)
    • Fremdagent (foreign agent)
  • Mobile IP verwaltet 2 Adressen pro mobilem Rechner
    • Heimadresse
    • Care-of-Adresse
      • Foreign-Agent-Care-of-Adresse
      • Collocated-Care-of-Adresse

Angewandte Telematik

mobile ip30
Mobile IP
  • 3 Teilschritte der Arbeitsweise:
    • Agent Discovery
      • Agent Advertisement, Broadcast-Nachricht
      • Agent Solicitations, Aufforderung zur Broadcast-Nachricht
    • Registrierung
      • Heimagent wird über aktuellen Standort informiert
      • Registration Request -> Registration Reply
      • Absicherung und eindeutige Identifikation über Message Digest
      • Deregistrierung nach Eintritt in das Heimnetz
    • Tunneling
      • Ziel: Beibehaltung der existierenden Routing Protokolle
      • Verlauf der Pakete: Kommunikationspartner -> [Heimagent] -> [Fremdagent] -> mobiler Rechner
      • Heimagent verpackt Originalpakete in weitere (Tunneling)
      • Versand von Paketen von mobilem Rechner an Kommunikationspartner direkt (ohne Umwege)

Angewandte Telematik

registrierung einer mobilen ip mit ipv4
Registrierung einer Mobilen IP mit IPv4

Foreign Network

1. RegistrationRequest

Mobile Node

ForeignAgent

4. RegistrationReply

Visitor List

Home Agent

3. RegistrationReply

2. RegistrationRequest

Mobility Binding Table

Angewandte Telematik

routing mit mobile ip mit ipv4
Routing mit Mobile IP mit IPv4

Foreign Network

Mobile Node

“De-Tunneling”

ForeignAgent

Visitor List

Virtuelle Verbindung

(aus Sicht der höheren Protokollebenen scheinbar direkte Kommunikation)

Response

“Tunneling”

Home Agent

Mobility Binding Table

Correspondent Node

Request

siehe auch Rfc 3344 und Rfc 4721

Angewandte Telematik

ad