Embed Size (px)
Citation preview
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Luento 7: osat
! Soveltava osa:! ADSL, ATM ja IP: pääsyverkko! VPN-ratkaisut: ATM, FR, Ethernet, IP (MPLS)
! Opimme uutta:! Mobiiliverkot
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
! Mobiiliverkon osat ja arkkitehtuuri! Mobiiliverkon kapasiteetti ja rajoitteet ! Mobiiliverkon
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Opetustavoite
Tekniikat erilaisiin käyttötarkoituksiin:! GSM, GPRS ja EDGE! WCDMA! P-to-P ja P-to-M radioverkot! WLAN
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Arkkitehtuuri
Pääsy-verkot WLAN 3GBroad-
band
Bluetooth
Palvelut
RL
Käyttäjät
InternetALL-IP
runkoverkko
2G"""" """" """" """"
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
156/477
1/31(Japani)
59/136
44/120
–
Mobiilitekniikoiden käyttö (Q3/2002)
Standardi Tilaajia(Miljoonia)
Maat/Verkot
Kuukausittainenkasvuvauhti Käyttöönotto
725
59
100
134
52
GSM
PDC
TDMA
CDMA
Muut
~ 13
~ 0,2
~ 1,5
~ 2,6
–
1992 GSM 9001993 GSM 18001995 GSM 1900
1993 (800 MHz)1994 (1500 MHz)
1992 (800 MHz)1996 (1900 MHz)
1996 (800 MHz)1996 (1900 MHz)
–
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Mobiiliverkon pääosat! Päätelaite:
Mobile Station (MS) = Terminal Equipment (TE)+ Mobile Terminal (MT)
! Tukiasema:Base Transciever Station(BTS)
! Tukiasemaohjain:Base Station Controller (BSC)
! Keskus:Mobile Switching Center (MSC)
BTS
BSC
MSC
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Mobiiliverkon arkkitehtuuri: BSS
! Pääsyverkko muodostuu soluista: Cellular system
! Tavoitteena maantieteellinen peitto ja hyvä kuuluvuus (mikro- ja makrosolutekniikka)
! Rajoitteena korkeat kustannukset:! Antennipaikka- ja antennit! Transmissio! Laitetila! Tukiasema! Huolto ja ylläpito
BTS
BTS
BTS
Peittoalue solussa jakaantuu sektoreihin (Sector)
Base Station Subsystem (BSS)
BSC
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Mobiiliverkon arkkitehtuuri: CN
! Runkoverkko koostuu keskuksista ja palvelimista: Core Network
! Runkoverkon tehtävänä on puhelujen välittäminen ja tilaajakohtaisen tiedon ylläpito mobiilipalvelujen tarjoamiseksi
! Puhelujen välittäminen perustuu piirikytkentäiseen tekniikkaan ja palvelut enenemässä määrin pakettikytkentäisyyteen
Core Network (CN)
MSC/VLR
HLRSMS GW-
MSC
SS7Gs
GrGd
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Käyttäjien liikenteen erottaminen ja mobiiliverkkojen kehitys
! 1G: Frequency Division Multiple Access (FDMA)
! 2G: Time Division Multiple Access (TDMA)
! 3G: Code Division Multiple Access (CDMA) Esimerkki: GSM-verkko TDD&TDMA
BTS
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
Käyttäjä 1Käyttäjä 2
Kehys = 8 aikaväliä, käyttäjien datan erottaminen
Lähetys ja vastaanottosuunta:Time Division Duplex, TDD
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Mobiiliverkkojen kehitys! 80-luku:1G
! Analoginen järjestelmä, kilpailevia standardeja, esim. Euroopassa NMT, TACS
! Mobiliteetti maanlaajuisesti ! 90-luku: 2G
! Digitalisointi ja standardointi, esim Global System for Mobile communications (GSM): ISDN-tasoiset puhepalvelut maanosanlaajuisesti
! Tehokas taajuusalueen käyttö! Kompressointi ja puheenkoodaus, komponenttien
pieneneminen! SMS ja datapalvelut
! 00-luku: 2,5G ja 3G! Nopeat datapalvelut! Yhteinen maailmanlaajuinen standardi! Puheen, videon ja datan välittäminen (QoS)
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
GSM-verkon kehitys
! High-Speed, Circuit-Switched Data (HSCSD): piirikytkentäinen datasiirto, jossa yhdistetään tarvittaessa useampia aikavälejä/käyttäjä. (<115 kbps)
! General Packet Radio Services (GPRS): pakettikytkentäinen, allways-on -palvelu(overlay-tekniikka)
! Enhanced Data-rates for Glogal Evolution (EDGE): (myös: Execution) käytössäolevan taajuusalueen tehokkaampi käyttö datasiirtoon käyttämällä uutta koodaustapaa (<384 kbps)
Huom. Wireless Application Protocol (WAP) ei ole millään tavoin riippuvainen esim. GSM:n datapalveluista.=> Nykyisten palvelujen käytettävyys kärsii datasiirron hitaudesta, joka on GSM-verkon (ei protokollan) ominaisuus.
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
GSM - Global System for Mobile Communication
Mobile Core! MSC Mobile Switching Center ! HLR: Home Location Register! VLR: Visitor Location Register! Switching, AAA, Billing, end user
services
Base Station Subsystem: ! radio connection to the handset:! TDMA (Time Division Multiple Access):
managing the timeslots! Handover: mobility! Power control, : performance
BTS
BTS
BSCMSC/VLR
HLR SMS GW-MSC
PCU
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
GPRS-kehitystavoitteet ja -toteutus
! Tukiasemiin mahdollisimman vähän muutoksia (SW)! Muutoksia tukiasemaohjaimeen, uusi HW: Packet Control Unit (PCU) ! Pakettikytkentäiselle datasiirrolle uusi runkoverkko, GPRS Core
Network! Uudet laitteet: Serving GPRS Support Node (SGSN) ja Gateway GPRS
Support Node (GGSN)! SGSN: pitää yhteyttä pakettidataa käyttävään MS:n ja vaihtaa
tarvittaessa BSC:tä. (= reititin, joka autentikoi, salaa liikenteen ja jakaa lisäksi IP-osoitteet)
! GGSN: rajapinnat ISP:hin ja Radius tms. palvelimiin. Kontrolloi MS:n loogisien yhteyksien terminointeja SGSN:n (=perinteisempi reititin ja FW), terminoi päästä-päähän GPRS-tunneloinnin.
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Pakettikytkentäiset verkot ja GSM/GPRS
Network Management and GPRS Services LAN
Corporate
ISP/Internet
BTS
BTS
BSC
BTS
BTS PCU
BSC
MSC/VLRHLR
SMS GW-MSC
SS7
GG
SNG
GSN
SGSN
SGSN Gi
Network
GiNetwork
Router
Router
Frame Relay Network
ExternalIP network
ExternalIP network
Gb
Gs Gr Gd
IP Network(shared backbone)Gn
Other PLMNs
Gp
PCU
PCU
SGSN
SGSN
GG
SNG
GSN
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
BTS BSC MSC/VLRAA’’
HLR
MuutOperaattorit
Internet
GSM-verkko ja GPRS
OperaattorinPSTN
SGSN
GsGb
Gn
GPRS(IP)-runkoverkko
GGSN
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
BTS BSC MSC/VLRAA’’
HLR
MuutOperaattorit
Internet
GSM-verkko, GPRS ja EDGE
OperaattorinPSTN
SGSN
GsGb
Gn
GPRS(IP)-runkoverkko
GGSN
EDGE-kykyinenpäätelaite
EDGE-TRU
EGPRS-protokolla(uusi SW PCU:hun)
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
GPRS protokolla-arkkitehtuuri
MS BSS SGSN GGSN
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
EDGE (EGPRS)
Enhanced Data for Global Evolution: 2,5G
! Suurempi datasiirtonopeus ja parempi taajuuskaistan käyttö uudistamalla modulointi ja koodaus (GMSK -> 8PSK)
! Mahdollistaa uusien sovellusten käyttöönottamisen! GPRS-runkoverkon uudelleenkäyttö! EGPRS datanopeudet max. 384 kbps (GPRS: 115 kbps)! GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN) = 2,5G! Minimoitu muutokset BSS:ään
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
EDGE: uusia ominaisuuksia
Sovitus pakettikytkentäiselle datasiirrolle:! Uusi modulointitapa 8PSK (GMSK)! Nopeamman bittinopeuden
koodausmenetelmät (MSC1-8)! Parannettu uudelleenlähetys! Datalähetyksen lomitus (interleaving)! QoS ominaisuuksia (PCU ymmärtää erilliset
datavuot)
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
(E)GPRS: insinöörinäkökulma
GSM EDGE
Modulointi GMSK 8-PSK / GMSK
Symbolinopeus 270 ksym/s 270 ksym/s
Bittinopeus 270 kb/s 810 kb/s
Radioverkon datanopeus/ts 22.8 kb/s 69.2 kb/s
Käyttäjän datanopeus/ts 20kb/s (CS4) 59,2 kb/s (MCS9)
Käyttäjän max. (8ts) 160kb/s 473,6kb/s
(182.4kb/s) (553.6kb/s)
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
UMTS = WCDMA
Lisää termistöä:
WCDMA :Wideband Code Division Multiple Access
UMTS:3 G – 3RD Generation Universal Mobile Telecommunications System
UTRAN:UMTS Terrestrial Radio Access Network
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Multiple Access ApproachesFrequency Division Multiple Access
Each User has a unique frequency
(1 voice channel per user)
All users transmit at the same time
AMPS, NMT, TACS
Use
r 1
Use
r 2
Use
r 3
Frequency
Each Transmitter has a unique spreading code
Each Data Channel has a uniqueorthogonal code
Many users share the same frequency and time
IS-95, cdma2000, WCDMA
Frequency
CodeDivision Multiple Access
SpreadSpectrumMultipleAccess
Multiple Transmitters
and
Multiple Data Channels
Each User has a unique time slot
Each Data Channel has a uniqueposition within the time slot
Several users share the same frequency
IS-136, GSM, PDC
Time Division Multiple Access
Use
r 1
Use
r 2
Use
r 3
Use
r N
Time
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Max. datanopeus/taajuus
Datanopeus solun reunalla
EDGE
BasicStandard
480 kb/s
128 kb/s
EnhancedStandard
2 Mb/s
128 kb/s
CDMA2000
BasicStandard
600 kb/s
128 kb/s
EnhancedStandard
3.1 Mb/s
128 kb/s
WCDMA
BasicStandard
2 Mb/s
384 kb/s
EnhancedStandard
10.8 Mb/s
384 kb/s
3G-järjestelmät: lisää siirtokaistaa
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
GSM – WCDMA arkkitehtuuri
RAN: Radio Access NetworkRNC: Radio Network ControllerRBS: Radio Base Station
BSS: Base Station SubsystemBSC: Base Station ControllerBTS: Base Transceiver Station
Um Uu
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
2G:stä 3G:hen
Circuit-Switched Voice
Circuit-Switched Data
Circuit-Switched Voice
Low-Speed Circuit-Switched Data
Packet Data
High-Speed Circuit-Switched Data
Short Message Service (SMS)
2G
3G
9.6, 14.4 kbps
up to 2 Mbps
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
3G järjestelmien ominaispiirteitä
! Tukiasema-kontrolleri –arkkitehtuuri säilytetty, palvelukerros ja kontrollikerros lisätty
! Aikavälit hylätty: taajuusalue koodataan, uusi radiorajapinta, lähetystehon säätely kriittinen (uudet algoritmit)
! Tuki paketti- ja piirikytkentäisille palveluille, liikenneluokat:! Puhe: Conversational class! Video,tms: Streaming class! Web: Interactive class! Tiedostonsiirto: Background class
! Transmission ja mobiilijärjestelmän erottaminen
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Kerrosmalli:3G-verkko
ApplicationServers
ApplicationService enablers
Services/applications
Control
Servers
Control
MSC HLR/AuC/FNR GMSC/Transit
ConnectivityMGWMGW
ServerServer
InternetIntranets
GSMEDGE
WCDMA GGSNSGSN
SGW
User data
PSTN/PLMN/ISDN
20.8.2003 ©2003 Otto Alhava
Sanastoa…! RBS Radio Base Station! Node B Radio Base Station! RAN Radio Access Network! GSM BSS GSM Base Station Subsystem! GSM BSC GSM Base Station Controller! GSM BTS GSM Base Transceiver Station! TDMA Time Division Multiple Access! RNC Radio Network Controller! RAB Radio Access Bearer! QoS Quality of Service! FDD Frequency Division Duplex! TDD Time Division Duplex! MAC Medium Access Control! RLC Radio Link Control! RRC Radio Resource Control
