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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 1/22

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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 1/22. GSM Geschichtliches. Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 2/22. Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 3/22.

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Presentation Transcript
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  • Besonderheiten der Funkkommunikation
  • Die meisten Unterschiede zwischen der drahtlosen und der drahtgebundenen Kommunikation liegen in der Schicht 1 und 2 im OSI Referenzmodell.
  • Funkkommunikation ist störanfälliger als die drahtgebundene Kommunikation.
  • Problem der Mehrwegausbreitung (erzeugt durch Reflexionen, Streuung und
  • Beugung)
  • Funkkommunikation lässt wesentlich niedrigere Datenraten zu (eingesetzte
  • Frequenzbänder haben geringe Bandbreiten. Werden die Frequenzen erhöht,
  • erhöht sich auch die Datenrate. Das wiederum ist kostenintensiv,
  • energieaufwendiger und störanfälliger.)
  • Daten können mitgehört werden, aber nicht ausgewertet werden. Hier setzen
  • Sicherheitsmechanismen ein.
  • Die Verwendung von Funk unterliegt hoheitlicher Restriktion. Für den Betrieb
  • müssen Genehmigungen eingeholt werden.
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  • Internationale Mobilfunknetze
  • NMT 450 (Nordic Mobile Telephone)
  • Arbeiten mit einer Frequenz von 450 MHz
  • Einsatz in: Belgien, Dänemark, Finnland, Island, Luxemburg, Niederlande,
  • Österreich, Schweden und Spanien
  • Weiterentwicklung NMT 900 mit 900 MHz
  • AMPS (Advanced Mobile Phone System sowie AMPS-D)
  • Einsatz in: Australien, Kanada, Neuseeland und USA
  • mit 800 MHz betrieben
  • TACS und J-TACS ([Japan]-Total Access Communication System)
  • Einsatz in: Bahrain, China, Großbritannien, Indien, Irland, Kuwait und Japan
  • auf Basis 900 MHz
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  • Radiocomm 2000
  • Einsatz nur in Frankreich
  • 200 und 400 MHz Basis
  • PDC (Personal Digital Cellular) Varianten PDC 800 und PDC 1500
  • Einsatz in Japan
  • Basis 800-900 MHz oder 1500 MHz je nach Variante
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Memorandum of Understanding

1987 unterzeichneten 13 Teilnehmer aus 12 Staaten das Memorandum of Understanding (MoU). Sie verpflichteten sich, innerhalb eines Zeitrahmens ein digitales Mobilfunksystem auf der Basis GSM aufzubauen.

1997 gab es 200 GSM-Netze in 109 Staaten mit folgenden Standards: GSM 900 und DCS 1800. Handys, die mit beiden Systemen arbeiten können, sind Dualbandhandys. Ausnahmen USA und Japan.

In der USA gibt es neben dem analogen AMPS-System noch eine inkompatible Variante von GSM: GSM 1900. Telefone, die alle Bandbreiten abdecken, sind so genannte Tribandhandys.

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  • Vorteile zellularer Mobilfunknetze
  • DCS (Digital Cellular System)
  • Vorteile
  • Die Distanz, die ein mobiler Teilnehmer überbrücken muss, ist gering. In D-Netzen beträgt der maximale Abstand 35 km, im E-Netz nur 8.
  • Die zur Verfügung stehenden Ressourcen, also Frequenzen und Zeitschlitze, werden ökonomisch genutzt.
  • So können verschiedene Zellen dieselben Frequenzen benutzen, ohne sich gegenseitig zu stören. Voraussetzung ist ein gewisser Abstand voneinander.
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Betrachtung der Nachteile

Theoretisch physikalisch reduziert sich die Wirkung elektromagnetischer Wellen im Quadrat zum Abstand der Sendestation. In der Realität nimmt die Wirkung sogar mit der Potenz vier ab. Um gleiche Wirkung zu haben, muss beim doppelten Abstand zwischen Sende- und Empfangsstation, die 16-fache Sendeleistung aufgebracht werden (ist also etwas für starke Akkus).

Geringe Abstände der Basisstationen verringern den Leistungsaufwand, erhöhen jedoch Kosten zum flächendeckenden Zugriff.

Für die Infrastruktur mussten für die D-Netze 4,5 Mrd. DM aufgebraucht werden. Für die E-Netze 7,5 Mrd. DM. Das D1-Netz verfügte im Jahr 2000 über 39000 Basisstationen.

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a) k=3 b) k=4 c) k=7

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Abstand der Basisstationen

Der Abstand muss hinreichend groß sein, damit Störungen minimiert werden.

Sind Zellradius R und Cluster-Größe bekannt, kann der Mindestabstand kann der Abstand nach

D=R*√3k

errechnet werden.

In GSM-Netzen wird k=7 verwendet.

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  • Mobilfunknetze
  • Mobilfunksysteme der ersten Generation: analoge Netze (A, B, C Netze).
  • Mobilfunk der zweiten Generation: digitale GSM-Netze (D- und E-Netze).
  • Mobilfunk der dritten Generation UMTS-Netze.
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Standard GSM

Die Group Special Mobile war eine Organisation, die damit beauftragt wurde, einen europäischen digitalen Mobilfunkstandard zu entwickeln. Der Name GSM stand lange Zeit für diese Organisation, später wurde daraus Global System for Mobile Communication.

1989 wurde die Gruppe durch das Europäische Telekommunikation Standard Institut (ETSI) als Technical Committee (TC) aufgenommen.

Ziel ist eine vollständige Flächendeckung. Bewegt sich ein Mobilfunkteilnehmer aus dem Bereich seiner Basisstation, wird durch das so genannte Handover sichergestellt, dass der Datenaustausch nicht abbricht.

Durch das Roaming-Abkommen zwischen den Netzbetreibern wird gewährleistet, dass der Teilnehmer im anderen Netz unter dieser Nummer erreichbar ist.

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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 16/22
  • GSM-Netze bieten (im wesentlichen)
  • Sprachübertragung
  • SMS (Short Message Service)
  • WAP (Wireless Application Protokoll)
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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 17/22
  • GSM- Netzwerke bestehen aus drei Subsystemen
  • Betriebssubsystem (Operation and Maintenance Subsystem, OMSS):
  • Dient der Administration und Kontrolle des Netzwerkes.
  • Vermittlungssubsystem (Mobile Switching and Management Subsystem, SMSS): Vermittelt Nutzdaten innerhalb des Netzes und stellt eine Anbindung an andere Netze zur Verfügung.
  • Funksubsystem (Basis Station Subsystem, BSS):
  • Bindet die Mobilfunkteilnehmer an das Netz an.
  • Mehrere Datenbanken speichern relevante Informationen zur Verwaltung der Teilnehmer und zur Kontrolle der Datenflüsse.
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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 18/22
  • Endgeräte in der GSM-Terminologie
  • Unterscheidung nach Sendeleistung
  • Autotelefone 20 W
  • tragbare Geräte mit 8 W
  • Handgeräte mit 5 W
  • Handgeräte mit 2 W
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  • Weiterentwicklung von GSM
  • Eine Datenrate von 9600 Bits/s, die GSM zur Verfügung stellt, ist bei weitem nicht mehr zeitgemäß. Deshalb wurden weitere Standards entwickelt. Da diese zwischen der 2. und der 3. Generation liegen, werden diese auch als Phase 2+ bezeichnet.
  • HSCSD (High Speed Circuit Switched Devices)
  • Dieses Verfahren erfordert kaum Veränderung an die Infrastruktur.
  • Steigerung der Datenrate durch:
    • Bessere Kodierungsverfahren (von 9600 Bits/s auf 14400 Bits/s)
    • Durch Bündelung mehrerer Kanäle kann Datenrate vervielfacht werden
    • (theoretisch auf 115,2 KBits/s).
  • HSCSD erfordert Veränderung an Endgeräten
  • HSCSD ist ein leitungsvermitteltes Verfahren, d.h. Nutzer muss auch Kosten
  • tragen, wenn keine Daten ausgetauscht werden.
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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 20/22
  • GPRS (General Packet Radio Service)
  • Alternative zu HSCSD
  • Bessere Ausnutzung der Übertragungskapazitäten
  • Dient als Zugang in verschiedene Netze, z.B. Netze, die auf IP oder X.25
  • basieren.
  • Theoretische Datenrate von 171,2 KBits/s
  • Geräte, die einmal eingebucht sind, sind quasi ständig am Netz und benötigen
  • die Infrastruktur nur beim Datenaustausch (allways online).
  • Änderung am Netz und an den Endgeräten sind nötig.
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  • GPRS Klassen
  • Multislotklassen geben an, wie viele Funkkanäle gleichzeitig genutzt werden können.
  • Endgeräteklassen:
    • Klasse A:
    • unterstützt Sprache und Daten gleichzeitig (Leitungsvermittlung [GSM] und
    • Paketvermittlung [GPRS] gleichzeitig).
    • Klasse B:
    • Während Datenverbindung (GPRS) können Anrufe (GMS) nur gemeldet
    • werden.
    • Klasse C:
    • manuelle Umschaltung von Sprache auf Daten und umgekehrt.
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Mobile Computing – Dipl. Ing. Ulrich Borchert / FH Merseburg 22/22
  • EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)
  • Steigerung durch neues Modulationsverfahren
  • Datenrate pro Kanal 59,2 KBits/s bei 8 Kanälen 473,6 KBits/s
  • In der Praxis 170 KBits/s hohe Fehleranfälligkeit
  • „sanfter“ Übergang zu UMTS
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