Mobilni in telematski sistemi I. del
Mobilni in telematski sistemi I. del Drago Hercog Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Univerzitetni študij elektrotehnike, 2. stopnja, modul G 2014/2015 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 1 Mobilni in telematski sistemi – izvajalci predavanja I. del (sedem tednov) izr. prof. dr. Drago Hercog http://protokoli.fe.uni-lj.si/~hercog Drago.Hercog@fe.uni-lj.si soba 306, 3. nadstropje govorilne ure: ponedeljek 10:15 – 11:00 četrtek 11:15 – 12:00 predavanja II. del prof. dr. Janez Bešter vaje as. mag. Andrej Štern Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 2 Mobilni in telematski sistemi I. del predavanja I. del: 3 ure /teden prvih sedem tednov v semestru (do 13.4.2015) PO 13:15 – 15:45, PR 02 izvajalec: Drago Hercog laboratorijske vaje: izvajalec: Andrej Štern Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 3 MTS - vaje udeležba je obvezna Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 4 MTS - izpit Izpit I. del: Hercog (pisni izpit) II. del: Bešter (ustni izpit) na izpit se je potrebno prijaviti oceni obeh delov morata biti pozitivni končna ocena je povprečje ocen obeh delov pogoj za vpis ocene so opravljene vaje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 5 MTS (1. del) - izpit Pisni izpit 20 vprašanj s po tremi možnimi odgovori ocenjevanje: pravilen odgovor : +5 točk brez odgovora : 0 točk nepravilen odgovor (1-5) : 0 točk nepravilen odgovor (6-20) : -5 točk Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 6 Cilj predmeta (I. del) poznavanje in razumevanje osnovnih značilnosti in principov delovanja mobilnih omrežij pregled razvoja in tehnologij operaterskih mobilnih omrežij GSM GPRS UMTS LTE / LTE-A Mobile WiMAX ? Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 7 Potrebno predznanje osnove telekomunikacij telekomunikacijska omrežja telekomunikacijski protokoli študentom, ki doslej niste študirali na smeri telekomunikacije, priporočam, da preštudirate ustrezna poglavja iz knjige "Telekomunikacijska omrežja" Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 8 Mobilni sistemi – dodatna literatura D. Hercog, Telekomunikacijska omrežja, Pasadena, 2013 M. Sauter, From GSM to LTE, Wiley, 2011 M. Sauter, 3G, 4G and Beyond, 2nd Ed., Wiley, 2013 A. F. Molish, Wireless Communications, 2nd Ed., Wiley/IEEE, 2011 W. Stallings, Wireless Communications & Networks, 2nd Ed., Prentice Hall, 2005 J. D. Gibson, Ed., Mobile Communications Handbook, 3rd Ed., CRC Press, 2013 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 9 Drago Hercog: Telekomunikacijska omrežja Pasadena, 2013 Telekomunikacijska predznanja 2. 3: 3.1-3.19 4: 4.1-4.9 Mobilna omrežja 3: 3.20 4: 4.10 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 10 Mobilnost potreba po mobilnosti vrsti mobilnosti mobilnost glede na fiksne priključke brezžična mobilnost mobilna omrežja brezvrvični telefoni brezžična lokalna/osebna omrežja mobilna operaterska omrežja pogoj za dostop do mobilnega omrežja radijski signal administrativni pogoj Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 11 Mobilni in telematski sistemi Posebnosti mobilnih omrežij in upravljanje mobilnosti Posebnosti radijskega vmesnika skupni prenosni medij, metode sodostopa frekvenčni spekter licencirani frekvenčni pasovi visoka cena potreba po visoki spektralni učinkovitosti (modulacija, kompresija, upravljanje RR...) nelicencirani frekvenčni pasovi: ISM 902÷928 MHz, 2400÷2483,5 MHz, 5725÷5850 MHz interferenca omejitev moči Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 13 Posebnosti radijskega vmesnika širjenje elektromagnetnega vala skozi prazen prostor Pr 1 1 K 2 2 Pt f r razmerje signal/šum, BER spremenljive razmere detekcija in popravljanje napak Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 14 Posebnosti radijskega vmesnika interferenca zaradi drugih izvorov naravne in arhitekturne ovire zaslanjanje, odboji interferenca zaradi širjenja po več poteh Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 15 Posebnosti radijskega vmesnika presihanje elektromagnetnega polja odvisnost od frekvence, časa, prostora raznovrstnost prenosa časovna frekvenčna prostorska poraba moči varnost overjanje šifriranje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 16 Sodostop do radijskega medija – razvrstitev metod sodostopa metode dostopa do skupnega radijskega medija (MAC) sinhrone asinhrone TDMA FDMA CDMA OFDMA Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog z urejenim dostopom z naključnom dostopom 17 Priložnostno in strukturirano radijsko omrežje strukturirano priložnostno Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 18 Strukturirano radijsko omrežje lokalno omrežje omejena velikost Pr 1 1 K 2 2 Pt f r velikost in oblika moč frekvenca konfiguracija terena Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 19 Celično omrežje: pouporaba komunikacijskih virov a b c d a b c d a b c d c d a b c d a b c d a b c b c d a b c d a b c d a d a b c d a b c d a b c d c d a b c d a b c d a b a b c d a b c d a b c d a d a b c d a b c d a b c Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 20 Povezava strukturiranih radijskih omrežij povazava z drugimi baznimi postajami in / ali transportnim omrežjem bazna postaja oziroma AP dostopovna točka Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 21 Orientacija mobilne postaje v celičnem omrežju bazna postaja oddaja pilotni signal bazna postaja oddaja informacijo o celici trda in mehka predaja Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 22 Struktura prostranega mobilnega omrežja (WAN) transportno omrežje dostopovno omrežje dostopovno omrežje druga transportna omrežja Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 23 Načrtovanje celičnega omrežja tehnologija frekvenca moč konfiguracija terena velikost celic oblika celic zahtevnost načrtovanja Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 24 Stopnje mobilnosti v prostranem mobilnem omrežju znotraj celice znotraj dostopovnega omrežja (mikro mobilnost) med dostopovnimi omrežji (makro mobilnost) med operaterji (prehajanje) mobilnost med celicami istega dostopovnega omrežja dostopovno omrežje transportno omrežje operaterja A mobilnost med celicami različnih dostopovnih omrežij dostopovno omrežje prehajanje med operaterji dostopovno omrežje mobilnost znotraj celice Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog transportno omrežje operaterja B 25 Upravljanje mobilnosti podatki o uporabniku domače omrežje profil uporabnika stalni naslov trenutno nahajališče trenutni naslov varnostni podatki podatkovne baze register uporabnika register domačih uporabnikov register obiskovalcev usklajevanje podatkov o uporabnikih samostojna signalizacija Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 26 Postopki upravljanja mobilnosti sledenje nahajališča osveževanje nahajališča pozivanje predaja zveze trda predaja mehka predaja varnostni postopki overovitev šifriranje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 27 Mobilni in telematski sistemi Razvoj operaterskih mobilnih omrežij Razvoj mobilnih operaterskih omrežij želja po mobilnosti Chappe-ov telegraf pogoji za razvoj mobilnih omrežij radijski prenos modulacija, kodiranje elektronika baterije procesorji, algoritmi, protokoli, programska oprema prvo 1 G: 2 G: 3 G: : 4 G: mobilno komercialno omrežje: 1946 1980 (AMPS, NMT) 1990 (GSM), kasneje še 2,5 G (GPRS) 2000 (IMT-2000, UMTS, CDMA-2000) 2008 (LTE, IEEE 802.16e) 2010 (IMT-Advanced, LTE-Advanced, IEEE 802.16m) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 29 Pregled generacij mobilnih omrežij G novosti prednosti slabosti primeri zgodnji radijski dostop brezžični dostop 1 celično omrežje pokritost teritorija QoS masa, poraba standardizacija NMT AMPS 2 digitalno TDMA izkoristek kvaliteta varnost prenos podatkov GSM 2,5 paketni prenos učinkovit prenos podatkov hitrost GPRS 3 CDMA integracija hitrost prenosa integracija hitrost UMTS CDMA-2000 4 OFDMA all-IP hitrost prenosa integracija Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog LTE-A IEEE 802.16m 30 Mobilni in telematski sistemi 1 G : analogna omrežja Analogna mobilna omrežja analogni prenos govora FDMA več standardov: AMPS, NMT... prednosti prva celična omrežja slabosti več nekompatibilnih standardov nemogoče prehajanje med operaterji slaba kvaliteta brez varnostnih postopkov masa, velikost, poraba energije Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 32 Mobilni in telematski sistemi 2 G : GSM Tehnologija GSM Global System for Mobile Communication ETSI 2G digitalni prenos TEHNOLOGIJO SO RAZVILI NA NOVO! popolne novosti: radijski vmesnik upravljanje radijskih virov upravljanje mobilnosti Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 34 Storitve GSM prenos govora prenos podatkov vodovni način 9,6 kb/s prenos SMS osnovne in dopolnilne storitve podobne kot v ISDN (razen SMS) globalna mobilnost ločitev uporabnika in terminala: SIM (register uporabnika, računanje, varnost) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 35 GSM: arhitektura omrežja režje m o o povn dosto dostopovno omrežje transportno omrežje prehod: MSC/VLR prehodi v druga omrežja: GMSC VLR MSC transportno omrežje MSC GMSC druga omrežja VLR dostopovno om režje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 36 GSM: arhitektura dostopovnega omrežja dostopovno omrežje celično omrežje hierarhična struktura MS terminal SIM radijski vmesnik: MS-BTS BTS: oddaja/sprejem BSC: upravljanje TRAU: prekodirna enota MSC: lokalna centrala VLR: register obiskovalcev MS BTS BSC VLR MSC/VLR VLR transportno omrežje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 37 GSM: arhitektura transportnega omrežja MSC / GMSC to dos VLR: register obiskovalcev HLR: register domačih uporabnikov AuC: varnost EIR signalizacija: SS7 ISUP MAP dost o n pov žje mre o o VLR MSC t r a n s p o r t n o o m r e ž j e no o mr ež je MSC VLR HLR AuC MSC povn Mobilni in telematski sistemi do sto po v GMSC VLR o om režj e Drago Hercog druga omrežja govor signalizacija SS7 38 AuC , SIM: zagotavljanje varnosti Ki trojček: RAND, SRES, Kc overovitev naročnika šifriranje med MS in BTS naročnik SIM Ki Kc Mobilni in telematski sistemi radijski kanal omrežje RAND RAND,Kc,SRES AUC SRES Ki šifriranje Drago Hercog 39 GSM: naslavljanje IMSI (International Mobile Subscriber Identity) TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) MSISDN (Mobile Station ISDN number) MSRN (Mobile Station Roaming Number) IMEI (International Mobile Equipment Identity) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 40 GSM: radijsko dostopovno omrežje - sodostop do skupnega medija kombinacija FDMA in TDMA širina frekvenčnih kanalov 200 kHz skupaj 125 kanalov DL in 125 kanalov UL dodelitev kanalov operaterjem, celicam 8 časovnih rezin v okvirju, 114 b v rezini oddaja/sprejem v rafalih (bursts) fizični kanali f logični kanali F nosilec D M A f3 f2 f1 f0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 čas.rezina 4 4 4 4 5 5 5 5 čas. presledek okvir T D M A Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 6 6 6 6 7 7 7 7 0 0 0 0 1 1 1 1 t 41 GSM: radijsko dostopovno omrežje - časovna poravnava časovna poravnava (timing advance) kompenzacija propagacijske zakasnitv D tp= cD spr. rafal BTS 8 c=3 10 m/s odd. rafal 0 tp odd. rafal t 0 0 tp t 0 spr. rafal 0 tp odd. rafal -tp 0 spr. rafal 2tp t t odd. rafal t 0 t 0 spr. rafal t t brez kompenzacije MS s kompenzacijo TA=2tp Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 42 GSM: radijsko dostopovno omrežje - logični kanali namenski kanali skupni kanali samostojna kanala označevanje celice (“svetilnik”) SDCCH FCCH TCH SCH pridružena kanala BCCH SACCH dostop do celice FACCH logični fizični Mobilni in telematski sistemi RACH kanali AGCH PCH kanali Drago Hercog 43 GSM: radijsko dostopovno omrežje - izbira celice BTS oddajajo v FCCH signal s konstantno močjo MS išče najmočnejši signal FCCH signal v SCH omogoča natančno frekvenčno sinhronizacijo (sinhronizacijska sekv.) časovno sinhronizacijo (št. okvirja, logična ura) BCCH oddaja identifikacijo omrežja in celice parametre celice frekvence sosednjih celic istega omrežja Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 44 GSM: radijsko dostopovno omrežje - naključni dostop do omrežja zahteva po kanalu MS RACH AGCH dodelitev signalizacijskega kanala poziv mobilni postaji PCH MS zahteva po kanalu omrežje RACH AGCH Mobilni in telematski sistemi omrežje dodelitev signalizacijskega kanala Drago Hercog 45 GSM: upravljanje radijskih virov, zmanjševanje interference krmiljenje moči oddajanja prekinjeno oddajanje (DTX) (šum ozadja) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 46 GSM radijski vmesnik – zahteve po popravljanju napak zelo velika in spremenljiva pogostnost napak na radijskem vmesniku napake v skupinah potreba po učinkovitem popravljanju potreba po čim manjši režiji popravljanje napak pri prenosu različnih vrst informacije govor uporabniški podatki signalizacija Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 47 GSM radijski vmesnik – možnosti za popravljanje napak popravljanje na sprejemni strani (FEC) uporabno pri prenosu v realnem času večja režija učinkovito pri velikih BER neuporabno pri prenosu v realnem času potrebno pri prenosu podatkov manjša režija učinkovito pri majhnih BER tip I: ločena algoritma FEC in ARQ tip II: adaptivno povezana algoritma FEC in ARQ popravljanje s ponovnim pošiljanjem (BEC, ARQ) hibridno popravljanje (HARQ) – kombinacija FEC in BEC bločno kodiranje konvolucijsko kodiranje prepletanje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 48 GSM radijski vmesnik – popravljanje napak dolžina bloka: 456 b (4 rezine), vključno z redundanco notranje (konvolucijsko) kodiranje: popravljanje blokov zunanje (CRC) kodiranje: detekcija napak in interpolacija ali zavrženje pokvarjenih blokov zaščita odvisna od vrste prenašane informacije prepletanje oddajno-sprejemna veriga pri prenosu signalizacije: ARQ oddaja CRC koder LAPDm Mobilni in telematski sistemi FEC koder pre- fizični kanal pletanje fizični sloj Drago Hercog odpletanje FEC dekoder CRC dekoder ARQ sprejem LAPDm 49 GSM radijski vmesnik – kanalsko kodiranje govora blok (skupina vzorcev): 4 rezine, 260 b, 20 ms (13 kb/s) redundanca: 456-260 = 196 b (43 %) razredi pomembnosti Ia (50 b): popravimo ali interpoliramo Ib (132 b): popravimo po najboljših močeh II (78 b): ne zaščitimo Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 50 GSM radijski vmesnik – kodiranje govora Ia 50 b Ib 132 b II 78 b CRC kodiranje Ia 53 b Ib 132 b 4b konvolucijsko kodiranje II 78 b I 378 b I+II 456 b Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 51 GSM radijski vmesnik – dekodiranje govora Ia 50 b Ib 132 b II 78 b odkrivanje napak interpolacija Ia 53 b Ib 132 b 4b konvolucijsko dekodiranje popravljanje napak I 378 b II 78 b I+II 456 b Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 52 GSM radijski vmesnik – kanalsko kodiranje signalizacije protokolno sporočilo: okvir LAPDm dolžina okvirja (v kanalih SDCCH in FACCH): 184 b redundanca: 456-184 = 272 b (60 %) HARQ tip I konvolucijsko (de)kodiranje kodiranje CRC + ARQ (LAPDm) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 53 GSM radijski vmesnik – kodiranje signalizacije okvir LAPDm 184 b CRC kodiranje 224 b 4 b konvolucijsko kodiranje 456 b Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 54 GSM radijski vmesnik – dekodiranje signalizacije okvir LAPDm 184 b CRC preizkus zavrženje napačnih okvirjev 224 b 4 b konvolucijsko dekodiranje - popravljanje napak 456 b Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 55 GSM radijski vmesnik – kanalsko kodiranje podatkov dolžina sporočila: 240 b redundanca: 456-240 = 216 b (47 %) FEC: konvolucijsko (de)kodiranje odkrivanje in popravljanje preostalih napak je prepuščeno višjemu sloju! Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 56 GSM radijski vmesnik – kodiranje uporabniških podatkov podatki uporabnika 240 b 4 b konvolucijsko kodiranje 488 b izločitev 32 b 456 b Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 57 GSM radijski vmesnik – kodiranje uporabniških podatkov podatki uporabnika 240 b 4 b konvolucijsko dekodiranje popravljanje napak 488 b dodajanje 32 b 456 b Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 58 GSM: radijsko dostopovno omrežje - komunikacijske ravnine Komunikacijske ravnine Uporabniška ravnina: prenos uporabniške informacije, kompresija, linijsko kodiranje, šifriranje Mobilni in telematski sistemi Krmilna ravnina: signalizacija, upravljanje mobilnosti Drago Hercog Upravljalska ravnina: upravljanje dostopovnega omrežja in radijskih virov 59 GSM: radijsko dostopovno omrežje - funkcionalnosti prenos uporabniške informacije signalizacija upravljanje mobilnosti upr. BSC in r. virov upravljanje radijskih virov nižji sl. Um MS nižji sloji Mobilni in telematski sistemi nižji sl. BTS nižji sl. Abis upravljalska r. BSC krmilna r. Drago Hercog A MSC uporabniška r. 60 GSM: radijsko dostopovno omrežje - protokolni sklad CM CM MM MM RR LAPDm phy MS Mobilni in telematski sistemi BSSMAP SCCP SCCP MTP MTP RR’ BTSM BTSM LAPDm LAPD LAPD phy Um RR phy BTS BSSMAP phy Abis Drago Hercog BSC A MSC 61 GSM: podsloji omrežnega sloja RR: kanal med MS in MSC MM: lociranje in overovitev naročnika CM: vzpostavitev zveze CM-SAP CM podsloj CM MM-SAP CM MM MM diskriminacija podsloj MM RR-SAP podsloj CM MM,CM upravljanje zvez RR podsloj MM podsloj RR RR upravljanje mobilnosti diskriminacija podsloj RR multipleksiranje demultipleksiranje upravljanje radijskih virov DL-SAP omrežni sloj povezavni sloj Ph-SAP logični kanali Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog fizični sloj 62 GSM: upravljanje mobilnosti podatki o lokaciji naročnika: HLR: naslov obiskanega VLR VLR: lokacijsko področje (LA) osvežitev lokacije ob zagonu ob prehodu v drugo LA periodično predaja klica: upravlja omrežje rezervacija virov v novi celici preklop zveze sprostitev virov v stari celici overitev uporabnika, šifriranje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 63 GSM: trda predaja klica signal celice 2 gibanje terminala prag jakost signala signal celice 1 povezava preko celice 1 povezava preko celice 2 čas Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 64 GSM scenarij: vzpostavitev signalizacijskega kanala (MS →) MS BTS BSC MSC/VLR RACH/RR -ChannelRe quest [ref] BTSM-C hannelRe q [ref,TA] uired tion nnelActiva BTSM-Cha h] BTSM-Cha [c nnelActivati onAck and mentComm n g si s A te ia ed BTSM-Imm [ch,ref,TA] t n e m n g i s teAs -Immedia R /R H C G ] A [ch,ref,TA SDCCH/M M-request [ms,serv] MM-requ est e st u q re M M / H C C SD vzpostavljen signalizacijski sporočila MM in CM (SDCCH) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog MM-reques t kanal 65 GSM scenarij: vzpostavitev signalizacijskega kanala (omrežje →) MS BTS uest agingReq -P R /R H C P TMSI] [IMSI ali RACH/RR -ChannelR equest [ref] BSC d gComman RR-Pagin TMSI] [IMSI ali BTSM-Ch annelRequ ired [ref,TA] tivation hannelAc BTSM-C [ch] BTSM-Ch annelActiv ationAck mand mentCom n ig ss A te -Immedia ef,TA] t BTSM n e [ch,r m n ig ss diateA e m m -I R ] AGCH/R [ch,ref,TA SDCCH/RR -PagingRes ponse RR-Paging Response se n o sp e R g in g a R-P SDCCH/R vzpostavljen signalizacijski sporočila MM in CM (SDCCH) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog MSC/VLR -Paging BSSMAP MSI] T [IMSI ali BSSMAP-P agingResp onse kanal 66 GSM scenarij: osvežitev nahajališča (inter-MSC) MS noviMSC/VLR HLR stariMSC/VLR pridobitev kanala zahteva po osvežitvi pridobitev podatkov o naročniku overitev šifriranje osvežitev lokacije potrditev osvežitve sprostitev kanala Mobilni in telematski sistemi izbris podatkov Drago Hercog 67 GSM scenarij: osvežitev nahajališča (inter-MSC) MS MSC/VLRn vzpostavitev signalizacijskega kanala MM-Locatio nUpdating [TMSI,LAIs Request ] Request entication th u -A M M MM-Authe nticationRe sponse ommand ipherModeC -C P A M S S B BSSMAP-C ipherModeC omplete d Comman allocation e R I S M MM-T MM-TMS IReallocatio nComplete Accept nUpdating o ti a c o -L MM HLR MSC/VLRs MAP-SendId entification [TMSI] n Identificatio MAP-Send ,SRES,Kc] D [IMSI,RAN MAP-Upd ateLocatio n[IMSI,VL Rn] erData rtSubscrib MAP-Inse o naročniku] [podatki MAP-Insert SubscriberD ata MAP-Canc elLocation[ IMSI] elLocation MAP-Canc n ateLocatio MAP-Upd sprostitev signalizacijskega kanala Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 68 GSM scenarij: vzpostavitev dohodnega klica MS MSC/VLR HLR zahteva po lokaciji pridobitev začasne številke pozivanje GMSC zahteva po zvezi posredovanje začasne številke zahteva po zvezi pridobitev kanala overitev šifriranje vzpostavitev govorne zveze prenos govora Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 69 GSM scenarij: vzpostavitev dohodnega klica MS MSC/VLR HLR gNumber ideRoamin MAP-Prov MSI] [I MAP-Provi deRoamin gNumberA ck [MSRN] overitev in RoutingInfo MAP-Send DN] IS S [M ISUP-IAM [MSISDN] MAP-SendR outingInfoA ck [MSRN] ISUP-IAM [MSRN] RR-Paging ] IMSI M [T SI ali vzpostavitev GMSC SDCCH šifriranje CM-Setup CM-CallC onfirmed vzpostavitev T C H , FA C C H , S A C C H sprostitev sprejem klica SDCCH CM-Alertin g CM-Conne ct ISUP-ACM ISUP-ANM ctAck CM-Conne pogovor Mobilni in telematski sistemi v kanalu Drago Hercog TCH 70 GSM scenarij: predaja klica (inter-MSC) MS stariMSC/VLR noviMSC/VLR MS prenos govora v stari celici zahteva po izročitvi zahteva po izročitvi priprava izročitve zahteva po izročitvi priprava izročitve ukaz za izročitev preklop prenosa v novo celico potrditev izročitve potrditev izročitve prenos govora v novi celici zaključek postopka zaključek postopka sprostitev virov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 71 GSM scenarij: predaja klica (inter-MSC) (1) MS stariMSC noviMSC komunikacija v stari celici BSSMAP-Handov erRequired MAP-PerformH andover BSSMAP-Han doverRequest rezervacija stara celica ndoverAck MAP-PerformHa virov stAck ndoverReque BSSMAP-Ha ISUP-IAM overCommand BSSMAP-Hand ISUP-ACM nova celica MS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 72 GSM scenarij: predaja klica (inter-MSC) (2) MS sSignaling s e c c A s s e MAP-Proc stara celica verDetect o d n a H P BSSMA M ISUP-AN komunikacija ommand C r a e l C P BSSMA sprostitev novi celici Complete r e v o d n a -H BSSMAP EndSignal d n e S P A M virov nova celica BSSMAPClearCom plete stariMSC Mobilni in telematski sistemi v noviMSC Drago Hercog MS 73 Mobilni in telematski sistemi 2,5 G : GPRS GPRS General Packet Radio Service pomanjkljivosti 2G vodovni način prenosa prenizke hitrosti prenosa zamujanje 3 G GPRS 2,5 G dopolnitev GSM ETSI, 3GPP Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 75 GPRS storitve GPRS nudi mobilni dostop do zunanjih paketnih omrežij (IP ali drugih) GPRS je dostopovno omrežje zunanjih paketnih omrežij logična povezava s paketnim omrežjem: okolje za prenos podatkov (PDP context) različne kvalitete storitev prenosa (prioriteta, zanesljivost, zakasnitve, prenosna hitrost) povezava z omrežjem, ki je povezano z domačim omrežjem uporabnika stalna priključitev (“always on”) paketni način prenosa podatkov obračun po količini prenešenih podatkov hitrejši prenos kot v GSM EDGE (Enhanced Datarates for GSM Evolution) EGPRS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 76 GSM/GPRS: arhitektura omrežja j ed r n o o mr e ž j e dostopovno omrežje VLR MSC TRAU BTS BSC BTS GMSC vodovno komutirana domena druga govorna omrežja HLR AuC PCU paketno komutirana domena SGSN GGSN druga paketna omrežja BG paketno komutirane domene drugih omrežij GPRS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 77 GPRS: novosti v arhitekturi omrežja dostopovno omrežje krmilnik prenosa paketov PCU izboljšave v elementih jedrno omrežje paketna domena omrežje IP GPRS podporna vozlišča SGSN/GGSN prehodi v druga omrežja BG povezava med SGSN in MSC/VLR Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 78 GSM/GPRS radijski vmesnik: fizični in logični kanali GPRS je namenjen en ali več fizičnih kanalov razdelitev fizičnih kanalov med GSM in GPRS je dinamično nastavljiva GPRS lahko uporablja svoje logične kanale ali si jih deli z GSM dinamično prilagajanje kanalskega kodiranja kvaliteti kanala Mobilni in telematski sistemi način kodiranja hitrost prenosa CS-1 8 kb/s CS-2 12 kb/s CS-3 14,4 kb/s CS-4 20 kb/s Drago Hercog 79 GPRS: kanali fizični kanal (obvezen) PDCH logični kanali prometni in pridruženi kanali (obvezni) PDTCH (prometni kanal) PACCH (pridruženi kontrolni kanal) PTCCH (kanal za merjenje časovne poravnave) krmilni kanali (neobvezni) PBCCH (GPRS svetilnik) PRACH (naključni dostop) PAGCH (dodeljevanje virov) PPCH (pozivanje) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 80 GPRS: protokolni sklad v krmilni ravnini upravljanje sej upravljanje mobilnosti povezava MS-SGSN MS dostop do kanala radijski kanal prenos BSS SGSN BSS: podsistem bazne postaje dostop do kanala: MAC povezava MS-SGSN: LLC upravljanje mobilnosti upravljanje sej: okolja za prenos podatkov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 81 GPRS: protokolni sklad v krmilni ravnini GMM/SM GMM/SM LLC LLC RLC/MAC RLC/MAC BSSGP FR ali IP BSSGP FR ali IP GSM RF GSM RF L1bis Layer 1bis MS Mobilni in telematski sistemi BSS Drago Hercog SGSN 82 GPRS: protokolni sklad v uporabniški ravnini višji sloji višji sloji višji sloji IP IP IP (tunel) tuneliranje povezava MS-SGSN MS dostop do kanala radijski kanal prenos BSS prenos SGSN GGSN tunel SGSN-GGSN omogoča uporabo različnih protokolov za dostop do zunanjega paketnega omrežja upravljanje mobilnosti Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 83 GPRS: protokolni sklad v uporabniški ravnini higher layers IP IP SNDCP SNDCP GTP GTP LLC LLC UDP UDP BSSGP FR ali IP IP L2 IP L2 L1 L1 RLC/MAC RLC/MAC BSSGP FR ali IP GSM RF GSM RF L1bis MS Mobilni in telematski sistemi BSS SGSN Drago Hercog GGSN 84 GPRS: dostop do podatkovnega kanala PDTCH (MAC) centralizirana asinhrona metoda z urejenim dostopom z rezervacijami krmilnik prenosa paketov PCU enota dodeljevanja virov: okvir RLC/MAC = radio blok (4 rafali, 456 b) zahteve po virih prek PRACH (naključni dostop) dodeljevanje virov prek PAGCH zahteve za posamezne pakete ali zahteve za začasni pretok podatkov (TBF) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 85 GPRS: dostop do podatkovnega kanala (MAC) MS BSS MS BSS PRAC H/MAC -Packe tCh (rand) annelReques t PRAC H/MAC -Packe tCh (rand) annelReques t ment Assign k n li p acketU /MAC-P (rand) H C G PA ent ssignm A k n li p PacketU /MAC- (rand) H C G PA PACCH /MAC-P acketR e (IDms) sourceReque st dodeljena TBF in PACCH nment kAssig in l p tU Packe /MAC- (IDms) PACCH MS BSS quest gingRe a tP e k c AC-Pa PPCH/M PRACH /MAC-P acketC h (rand) annelRespons e nment kAssig in l n w cketDo AC-Pa rand) /M H C ( PAG dodeljena TBF in PACCH dodeljena TBF in PACCH dodelitev TBF (ena faza) Mobilni in telematski sistemi dodelitev TBF (dve fazi) Drago Hercog dodelitev TBF (ena faza) po pozivanju 86 GPRS: dostop do podatkovnega kanala (MAC) MS[TBFy] MS[TBFx] BSS dodeljen TBFx dodeljen TBFy BFx] MAC[T MAC BFy] MAC[T MAC BFx] MAC[T MAC Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 87 GPRS: stanja mobilnega terminala zagon stanje mirovanja omrežje ne pozna nahajališča mirovanje terminal ne more (idle) komunicirati stanje hladne pripravljenosti priključitev izključitev (attach) (detach) HLR pozna SGSN vroča SGSN pozna RA pripravljenost stanje vroče pripravljenosti (ready) HLR pozna SGSN iztek časovnika oddaja/sprejem SGSN pozna celico (timeout) lahko upravlja okolja hladna lahko oddaja/sprejema pripravljenost pakete (standby) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog iztek časovnika (timeout) 88 GPRS: kombinirana GPRS/GSM priključitev MS SGSN HLR MSC/VLR GMM-A ttac [P-TMS hRequest I,RAI] osvežitev lokacije overitev in šifriranje pridobitev podatkov o naročniku MAP-L ocationU pda [IMSI] teRequest pridobitev podatkov o naročniku ccept pdateA U n o ti a c o MAP-L ccept ttachA GMM-A GMM-A ttachCo mplete Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 89 GPRS: kombinirana osvežitev nahajališča usmerjevalno področje GPRS je del lokacijskega področja GSM najprej osvežitev lokacije v GPRS nato SGSN obvesti MSC/VLR Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 90 GPRS: prehod iz domačega v tuje dostopovno omrežje domače jedrno omrežje staro dostopovno omrežje stari tunel SGSN GGSN zunanje paketno omrežje BG n novo dostopovno omrežje Mobilni in telematski sistemi SGSN tu ov i nel tuje jedrno omrežje Drago Hercog 91 GPRS: upravljanje sej okolje za prenos podatkov omrežni protokol (npr. IPv4, IPv6) naslov (IPv4, IPv6) kvaliteta storitve naslov GGSN vzpostavitev okolja je pogoj za prenos podatkov terminal ima lahko vzpostavljenih več okolij hkrati vzpostavljanje okolja je mogoče v stanju vroče pripravljenosti Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 92 GPRS: vzpostavitev okolja za prenos podatkov MS SGSN DNS GGSN SM-Ac tivatePD PConte xtReque st(APN) overitev in šifriranje pridobitev naslova IP(APN) SM-Cre atePDPC ontex (IPms) t p e c c ontextA C P D P tivate SM-Ac Mobilni in telematski sistemi tReques t IPms) ( e s n o p textRes n o C P eatePD r C M S Drago Hercog 93 Mobilni in telematski sistemi 3 G : UMTS UMTS Universal Mobile Telecommunication System 3G CDMA višje prenosne hitrosti širši frekvenčni pas (5 MHz) višje prenosne hitrosti revolucija: dostopovno omrežje UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) evolucija: transportno omrežje standardizacija:3GPP različice standardov R 99 ÷ R 12 razvoj tehnologije R 99 → : dostopovno omrežje: višje hitrosti transportno omrežje: integracija in paketni prenos preko protokola IP nove generacije (LTE, LTE Advanced) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 95 UMTS: različice standardov razl. izd. najpomembnejše novosti R 99 2000 UTRAN R4 2001 paketni način prenosa govora R5 2002 prenos vse informacije prek IP, IMS, HSDPA R6 2004 HSUPA R7 2007 R8 2008 R9 2009 R 10 2011 LTE LTE Advanced R 11 2013 R 12 2014 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 96 UMTS: storitve prenos različnih vrst informacije integracija storitev (kasnejše različice) različne hitrosti (vedno višje) različne kvalitete storitev predaja zvez horizontalna: UMTS-UMTS vertikalna: UMTS-GSM/GPRS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 97 UMTS: kvaliteta storitve razredi kvalitete storitev pogovorni razred (conversational class) pretočni razred (streaming class) interaktivni razred (interactive class) razred za prenos v ozadju (background class) parametre kvalitete storitev je mogoče specificirati razred zakasnitev hitrost prenosa pogovorni majhna, stalna zagotovljena pretočni majhna, spremenljiva zagotovljena interaktivni zmerna, spremenljiva ni zagotovljena prenos v ozadju velika, spremenljiva ni zagotovljena Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 98 UMTS: arhitektura omrežja R 99 jedrno omrežje UTRAN MSC B vodovno komutirana domena VLR RNC GMSC PSTN/ISDN B HLR RNC B SGSN paketno komutirana domena Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog podatkovna omrežja GGSN 99 UMTS: arhitektura omrežja R 99 dostopovno omrežje UTRAN / GERAN podobna struktura kot v GSM/GPRS drugačne funkcionalnosti in imena elementov prečne povezave med krmilniki RNC jedrno omrežje podobno transportnemu omrežju GSM/GPRS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 100 UMTS: arhitektura omrežja R 4 jedrno omrežje UTRAN B MG govorna domena klicni strežnik klicni MSC strežnik GMSC MG PSTN/ISDN RNC B HLR RNC B SGSN GGSN paketno komutirana domena Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog podatkovna omrežja 101 UMTS: arhitektura omrežja R 4 dostopovno omrežje enako kot v R 99 jedrno omrežje govorna domena: paketni način prenosa (preko protokola IP) ločitev prenosa govora (MG) in krmiljenja prenosa (klicni strežnik) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 102 UMTS: arhitektura omrežja R 5 jedrno omrežje UTRAN krmiljenje klicev krmiljenje medijskega prehoda node B SG RNC HSS node B RNC node B MG vodovno komutirana govorna omrežja SGSN paketno komutirana domena GGSN Mobilni in telematski sistemi SS7 Drago Hercog podatkovna omrežja 103 UMTS: arhitektura omrežja R 5 samo paketna domena prenos kakršne koli informacije prek protokola IP paketni način prenosa od terminala UMTS do terminala UMTS ali prehoda MG signalizacija: SIP medijski prehod MG in signalizacijski prehod SG strežnik domačih naročnikov HSS (nadgradnja HLR) krmiljenje komunikacijskih procesov: podsistem za prenos multimedije na osnovi protokola IP (IMS) IMS (IP Multimedia Subsystem): prenos na osnovi IP signalizacija SIP konvergenca različnih omrežij in storitev krmiljenje neodvisno od dostopovne tehnologije Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 104 UMTS: protokolni sklad v dostopovnem omrežju (R 99) enak protokolni sklad za vse vrste informacije krmilna/upravljalska ravnina uporabniška ravnina podatki govor podatki govor RRC RRC RLC RLC RLC RLC MAC MAC MAC MAC WCDMA MS WCDMA Uu nižji sloji node B nižji sloji nižji sloji Iub Mobilni in telematski sistemi DRNC Iur SRNC PDCP PDCP WCDMA MS Drago Hercog WCDMA Uu nižji sloji node B nižji sloji nižji sloji Iub DRNC Iur 105 SRNC UMTS: sodostop do radijskega medija sinhroni prenos: časovne rezine in okvirji hitrost prenosa: 3,84×106 kodnih elementov v sekundi UMTS ne uporablja časovne poravnave! CDMA: kodni sodostop vsi komunikacijski procesi uporabljajo istočasno isti frekvenčni pas širine 5 MHz in iste časovne rezine ortogonalne razširitvene kode ista koda za kodiranje in dekodiranje dekodiranje: sprejem svojega oddajnika: sprejemnik ga sliši in razume sprejem drugih oddajnikov: idealno: sprejemnik jih ne sliši realno: sprejemnik jih sliši kot šum (interferenca, bitne napake, različne moči, sinhronizacija) z dekodiranjem popravljamo napake kode različnih dolžin; malo kratkih kod, veliko dolgih kod mešalne kode (scrambling codes) zmanjšajo interferenco oddajnikov z isto razširitveno kodo izboljšajo porazdelitev spektralne gostote Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 106 UMTS: sodostop do radijskega medija sistemi z razširjenim spektrom (spread spectrum systems) WCDMA: kodni sodostop z razširjenim spektrom oddajnik namesto enega informacijskega bita odda n kodnih elementov (chip) – n × širši speketer kodni elementi so odvisni od bita in razširitvene kode n: dolžina razširitvene kode = faktor razširitve spektralna gostota prenašanega signala n× manjša na sprejemni strani spektralno gostoto n× povečamo (kodno ojačenje) hitrost oddajanja kodnih elementov (chip rate) = 3,84×106 elementov/s hitrost oddajanja kodnih elementov hitrost oddajanja dolžina razširitvene kode n = 4 ÷ 256 hitrosti prenosa 15 kb/s ÷ 960 kb/s Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 107 Lastnosti ortogonalnih kod kode dolge kode kratke kode prednosti • več kod • popravljanje napak • manjša oddajna moč • višja prenosna hitrost slabosti • nižja prenosna hitrost • manj kod • popravljanje napak • večja oddajna moč Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 108 Razlikovanje celic in terminalov prenos proti terminalu proti omrežju razlikovanje terminalov različni terminali uporabljajo različne razširitvene kode različni terminali uporabljajo različne mešalne kode razlikovanje celic različne celice uporabljajo različne mešalne kode nadzor nad hitrostjo prenosa razširitvene kode z različnimi dolžinami Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog razširitvene kode z različnimi dolžinami 109 CDMA: zgled (1) implementacija logičnih vrednosti: 1= +1 0= kodno drevo: kodno drevo: -1 C21(11) interpretacija sprejetih vrednosti: >0 1 =0 ni signala sporočilo: <0 0 C411(1111) 1011 -1 Mobilni in telematski sistemi C412(1100) C421(1010) C422(1001) implementacija kod: implementacija sporočila: +1 C22(10) +1 +1 Drago Hercog C21: 11 C22: 10 C411: 1111 C412: 1100 C421: 1010 C422: 1001 +1+1 +1 -1 +1+1+1+1 +1+1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 110 CDMA: zgled (2) kodiranje / dekodiranje: kodno drevo: kodirano s C21 / dekodirano s C21 (ista koda): C22(10) C21(11) kodirano: C411(1111) C412(1100) C421(1010) C422(1001) +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 dekodirano: +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 (+2)(-2)(+2)(+2) 1011 kode: C21: 11 C22: 10 C411: 1111 C412: 1100 C421: 1010 C422: 1001 kodirano s C411 / dekodirano s C411 (ista koda): +1+1 +1 -1 +1+1+1+1 +1+1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 kodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 dekodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 (+4)(-4)(+4)(+4) 1011 sporočilo: +1 -1 +1 Mobilni in telematski sistemi +1 Drago Hercog 111 CDMA: zgled (3) kodiranje / dekodiranje: kodno drevo: C411(1111) kodirano s C21 / dekodirano s C22 (ortogonalna koda): C22(10) C21(11) C412(1100) C421(1010) C422(1001) kodirano: +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 dekodirano: +1 -1 -1 +1+1 -1 +1 -1 (0)(0)(0)(0) ---- sporočilo: +1 -1 +1 kode: C21: 11 C22: 10 C411: 1111 C412: 1100 C421: 1010 C422: 1001 +1+1 +1 -1 +1+1+1+1 +1+1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 +1 kodirano s C21 / dekodirano s C421 (ortogonalna koda): kodirano: +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 dekodirano: +1 -1 -1 +1+1 -1 +1 -1 (0)(0) -- kodirano s C21 / dekodirano s C411 (NEortogonalna koda): kodirano: +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 dekodirano: +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 (0)(+4) -1 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 112 +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 CDMA: zgled (4) kodiranje / dekodiranje: kodno drevo: C411(1111) kodirano s C411 / dekodirano s C412 (ortogonalna koda): C22(10) C21(11) C412(1100) C421(1010) C422(1001) kodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 dekodirano: +1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1 -1 -1 +1+1 -1 -1 (0)(0)(0)(0) ---- sporočilo: +1 -1 +1 kode: C21: 11 C22: 10 C411: 1111 C412: 1100 C421: 1010 C422: 1001 +1+1 +1 -1 +1+1+1+1 +1+1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 +1 kodirano s C411 / dekodirano s C22 (ortogonalna koda): kodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 dekodirano: +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 (0)(0)(0)(0)(0)(0)(0)(0) -------- kodirano s C411 / dekodirano s C21 (NEortogonalna koda): kodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 dekodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 (+2)(+2)(-2)(-2)(+2)(+2)(+2)(+2) 11001111 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 113 CDMA: zgled (5) kodiranje / dekodiranje + popravljanje napak: kodno drevo: C411(1111) kodirano s C21 / dekodirano s C21, 1 napaka: C22(10) C21(11) C412(1100) C421(1010) C422(1001) -1 +1 kode: C21: 11 C22: 10 C411: 1111 C412: 1100 C421: 1010 C422: 1001 +1+1 -1 -1 +1+1+1+1 sprejeto: +1+1+1 -1 +1 +1+1+1 dekodirano: +1+1+1 -1 +1+1+1+1 sporočilo: +1 kodirano: +1+1 +1 -1 +1+1+1+1 +1+1 -1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 +1 (+2)(0)(+2)(+2) 1-11 × kodirano s C411 / dekodirano s C411, 1 napaka: kodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 sprejeto: +1+1+1+1 -1 -1 +1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 dekodirano: +1+1+1+1 -1 -1 +1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 (+4)(-2)(+4)(+4) 1011 kodirano s C411 / dekodirano s C411, 2 napaki: kodirano: +1+1+1+1 -1 -1 -1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 sprejeto: +1+1+1+1 -1 +1+1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 dekodirano: +1+1+1+1 -1 +1+1 -1 +1+1+1+1+1+1+1+1 (+4)(0)(+4)(+4) 1-11 Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 114 × UMTS: sodostop do radijskega medija kode prispevajo k popravljanju napak na sprejemni strani kvaliteta prenosa = f (n, r, Pspr, Pint) komunikacijo v celici (celicah) omejuje interferenca! upravljanje radijskih virov naloga: minimizirati interferenco (v celici in med celicami) ter optimirati učinkovitost in kvaliteto prenosa vire upravlja RNC nadzor nad obremenitvijo celice in interferenco krmiljenje dostopa (v celici in jedrnem omrežju) razvrščanje paketov (glede na razmere in zahtevano QoS) krmiljenje moči (1500× v sekundi) spreminjanje kod in krmiljenje hitrosti oddajanja krmiljenje predaj zvez metoda CDMA z dinamičnim krmiljenjem moči in hitrosti ter razvrščanjem paketov je ASINHRONA METODA! preostali šum/interferenca: FEC+prepletanje prepletanje prispeva k prepoznavnosti celic in terminalov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 115 UMTS: fizični, transportni in logični kanali fizične kanale določa koda transportni kanali določajo način prenosa difuzijski prenos pozivanje namenski kanali statistično multipleksirani kanali naključni dostop namenski kanali statistično multipleksirani kanali logični kanali MAC proti omrežju logični kanali določajo uporabo proti mobilni postaji BCCH (Broadcast Control CHannel) PCCH (Paging Control CHannel) CTCH (Common Traffic CHannel) CCCH (Common Control CHannel) DTCH (Dedicated Traffic CHannel) DCCH (Dedicated Control CHannel) transportni kanali WCDMA fizični kanali preslikave: logični → transportni → fizični Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 116 Dostop do omrežja: dodelitev signalizacijskega kanala UE Node-B PRACH/pre doddaja(naj manjša mo č) RNC PRACH/pre doddaja(viš ja moč) ation isitionIndic u q c /A H AIC PRACH/R RC-ConnS etupReque st RRC-ConnS et upRequest vzpostavljen signalizacijski kanal DCCH PRACH: AICH: DCCH: Mobilni in telematski sistemi Physical Random Access Channel Acquisition Indication Channel Dedicated Control Channel Drago Hercog 117 UMTS: upravljanje mobilnosti podobno kot v GSM/GPRS predajo zveze upravlja: GSM: GPRS: UMTS: omrežje terminal omrežje predajo krmili RNC povezava med sosednjimi RNC strežni krmilnik (SRNC –Serving RNC) kombinira signale prehodni krmilnik (DRNC Drift RNC) posreduje signal med bazno postajo in SRNC izbira boljšega signala ali kombiniranje signalov sprejemnik z grabljicami (rake receiver) - prostorska raznolikost uspešno, če se moči signalov razlikujeta za manj kot 3 dB če RNC-ja nista neposredno povezana, mehka predaja ni mogoča mobilnost upravlja predvsem RNC, SGSN je element jedrnega omrežja SGSN ne pozna celice uporabnika, ampak le SRNC stanja so podobna kot v omrežju GPRS, le več jih je terminal in jedrno omrežje se lahko nahajata v različnih stanjih (ločevanje funkcionalnosti) mehka predaja zveze Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 118 UMTS: mehka predaja B MS jedrno omrežje strežni krmilnik RNC B B prehodni krmilnik RNC Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 119 UMTS: mehka predaja prag gibanje terminala signal celice 2 prag jakost signala signal celice 1 povezava preko celice 1 povezava preko obeh celic povezava preko celice 2 čas Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 120 UMTS: tuneliranje in upravljanje mobilnosti dostopovno omrežje B 1 RNC jedrno omrežje 1 B 2 1 2 2 RNC 3 B SGSN GGSN zunanje podatkovno omrežje B 3 B do st RNC om opo re vno žje Mobilni in telematski sistemi 3 SGSN jedrno omrežje Drago Hercog 121 UMTS: zagotavljanje varnosti šibke točke v varnosti GSM/GPRS omrežje overi MS, obratno pa ne možen napad s posredovanjem med MS in BTS šifriranje le med MS in BTS 64-bitni ključi niso več varni overitveni vektor (namesto trojčka v GSM) MS in omrežje se medsebojno overita vsa signalizacijska sporočila se overijo šifriranje med MS in RNC uporaba 128-bitnih ključev novejši algoritmi za računanje ključev novosti v UMTS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 122 HSDPA: hitrejši prenos proti terminalu R 5: High-Speed Downlink Packet Access statistično multipleksiranje v kanalu za skupno rabo z majhnim faktorjem razširitve dodeljevanje virov glede na trenutne razmere v kanalu, prioritete... kvaliteta storitve ni zagotovljena obveščanje o dodeljevanju virov preko skupnih krmilnih kanalov implementacija v bazni postaji krmiljenje zamašitev med krmilnikom in bazno postajo namenski kanali za prenos proti omrežju učinkovitejša modulacija adaptivno kodiranje hkratna uporaba dveh frekvenčnih kanalov MIMO za hkratni prenos več podatkovnih pretokov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 123 HSDPA: popravljanje napak in zakasnitve problem velikih zakasnitev pri prenosu podatkov zaradi protokola TCP popravljanje napak v nižjem sloju (MAC namesto RLC) – manjše zakasnitve kratki paketi – manjše zakasnitve popravljanje v bazni postaji namesto v krmilniku protokol HARQ tipa II protokol s čakanjem do 8 hkratnih podatkovnih pretokov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 124 HSUPA: hitrejši prenos proti omrežju potreba po hitrejšem prenosu proti omrežju R 6: High-Speed Uplink Packet Access prenos prek namenskih kanalov radijske vire upravlja bazna postaja hitro in učinkovito upravljanje radijskih virov spreminjanje hitrosti prenosa v namenskem kanalu kvaliteta storitve ni zagotovljena HARQ tip II v sloju MAC - učinkovito popravljanje napak sočasna uporaba več namenskih kanalov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 125 Hibridno popravljanje napak (HARQ) HARQ: Hybrid Automatic Repeat reQuest tip I ločena algoritma FEC in ARQ tip II adaptivno povezana algoritma FEC in ARQ metoda z dodajanjem redundance (incremental redundancy) metoda s kombiniranjem sprejetih sporočil (chace combining) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 126 Mobilni in telematski sistemi → 4 G : LTE / LTE-A LTE 3GPP R 8: Long Term Evolution namen: višje prenosne hitrosti manjše zakasnitve preprostejše in cenejše omrežje <4G novo dostopovno omrežje nova metoda sodostopa: OFDMA novo jedrno omrežje (EPC) prenos kakršne koli informacije preko IP 3GPP R 10: LTE-Advanced (= 4G) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 128 LTE: storitve prenos kakršne koli vrste informacije višje hitrosti kot v UMTS manjše zakasnitve kot v UMTS večje kapacitete omrežja različne kvalitete storitev horizontalna in vertikalna predaja zvez (LTE-LTE, LTE-UMTS, LTE-GSM) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 129 LTE: arhitektura omrežja jedrno omrežje eUTRAN eB MME HSS PDN-GW zunanje omrežje eB S-GW Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 130 LTE: arhitektura omrežja preprostejša, cenejša prenos vseh vrst informacije preko IP dostopovno omrežje eUTRAN (evolved UTRAN) eNode-B (bazna postaja + krmilnik) jedrno omrežje EPC (Evolved Packet Core) prenos uporabniške informacije: strežni prehod (S-GW) upravljanje mobilnosti: element za upravljanje mobilnosti (MME) prehod v zunanje omrežje: PDN-GW strežnik domačih naročnikov: HSS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 131 LTE: protokolni sklad uporabniška ravnina krmilna ravnina upravljanje sej/mobilnosti višji sloji IP upravljanje sej/mobilnosti IP RRC RRC signalizacija signalizacija PDCP PDCP GTP GTP GTP GTP PDCP PDCP SCTP SCTP RLC RLC UDP/IP UDP/IP UDP/IP UDP/IP RLC RLC IP IP MAC MAC MAC MAC nižji sloji nižji sloji nižji sloji OFDMA OFDMA OFDMA MS OFDMA eNode B Mobilni in telematski sistemi S-GW nižji sloji nižji sloji PDN-GW Drago Hercog MS eNode B nižji sloji MME 132 LTE: sodostop do radijskega medija od bazne postaje proti terminalu CDMA dobro deluje pri zmernih širinah frekvenčnega pasu (ISI) sodostop preko ortogonalnih frekvenčnih pasov – OFDMA izveden iz FDMA širina frekvenčnega pasu (npr. 5, 10, 15, 20 MHz) razdeljena na podpasove medsebojna razdalja med podpasovi je 15 kHz vzporeden prenos skozi frekvenčne podpasove razdruževanje/združevanje pretokov: FFT/IFFT frekvenčni pasovi so en ob drugem ortogonalni frekvenčni podpasovi slaba stran: velika poraba moči Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 133 LTE: ortogonalni frekvenčni pasovi p ( f 5f0) p ( f 4f0) p ( f 6f0) p ( f 3f0) p ( f 7f0) p ( f 2f0) p ( f 8f0) p ( f 1f0) p ( f 9f0) 0 f Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 134 LTE: sodostop do radijskega medija - OFDM in OFDMA f k6 k5 k4 k3 k1 S/P S(fi) 10 01 01 100101110011 11 00 11 vhodno zaporedje s(t) delna zaporedja S(fi) P/S 10 01 01 100101110011 11 00 11 izhodno zaporedje t OFDMA: skupine frekvenčnih podpasov dinamično dodeljujemo komunikacijskim procesom število procesu dodeljenih podpasov je odvisno od potreb in kvalitete storitve procesa procesu dodelimo podpasove, ki imajo trenutno boljše lastnosti potrebno je ocenjevanje prenosnih lastnosti v podpasovih Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 135 LTE: sodostop do radijskega medija od terminala proti bazni postaji frekvenčni sodostop z enim nosilcem – SC-FDMA dodatno procesiranje na oddajni in sprejemni strani(FFT oziroma IFFT) izenačevanje zakasnitev v frekvenčnem prostoru MS lahko uporabi le dodeljeni del spektra f k6 k5 k4 k3 s(t) S(fi) s(t) S(fi) 100101110011 s(t) 100101110011 k1 vhodno zaporedje Mobilni in telematski sistemi spekter časovna funkcija spekter Drago Hercog izhodno zaporedje t 136 f 12 frekvenčnih nosilcev frekvenčni nosilci LTE: prenos v frekvenčno-časovnem prostoru RB = prenosni blok RB 7 simbolov (7×66,667 s) t prenos simbolov Prenosni blok (Resource Block): osnovna informacijska enota, ki jo omrežje lahko dodeli za prenos Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 137 LTE: struktura kanalov logični kanali transportni kanali fizični kanali statično določeni prenosni bloki Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 138 LTE: sinhronizacija in nadzor nad kvaliteto storitve Bazna postaja redno oddaja sinhronizacijske signale referenčne signale Časovna poravnava Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 139 LTE: MIMO MIMO = Multiple Input Multiple Output Obvezno v LTE 2×2 ali 4×4 možnosti: dva različna pretoka (višja hitrost) en pretok po dveh poteh (zanesljivejši sprejem) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 140 LTE: popravljanje napak adaptivna modulacija adaptivno kodiranje HARQ v sloju MAC med MS in eNode-B Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 141 LTE: upravljanje mobilnosti eNodeB, MME, HSS omrežje ni strogo hierarhično organizirano okolje za prenos, naslov IP dva tunela: PDN-GW – S-GW in S-GW – eNode-B dve stanji stanje mirovanja (idle): en tunel, omrežje pozna sledilno področje stanje povezanosti (connected): dva tunela, omrežje pozna celico trda predaja zveze predajo zveze upravljata bazni postaji, če sta neposredno povezani Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 142 LTE: tuneliranje in upravljanje mobilnosti e-B dostopovno omrežje jedrno omrežje 1 1 2 e-B (1-2) 1 2 2 S-GW 3 PDN-GW zunanje podatkovno omrežje MME e-B (2-3) 3 MME 3 e-B do s om topo re vno žje Mobilni in telematski sistemi S-GW jedrno omrežje Drago Hercog 143 LTE: prenos govora prenos govora preko LTE (VoLTE) bazira na VoIP, SIP, IMS težava: predaja klica med VoLTE in GSM vzpostavitev klica v GSM zakasnitev pri vzpostavitvi klica nezmožnost hkratnega prenosa govora in podatkov Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 144 LTE-Advanced 3GPP R 10 izpolnjuje pogoje za 4G nadgradnja LTE kompatibilnost z LTE višje hitrosti, manjše zakasnitve izboljšave združevanje frekvenčnih pasov intenzivnejša uporaba MIMO (prostorska raznovrstnost) celice različnih velikosti sodelovanje med celicami Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 145 Mobilni in telematski sistemi IMS IMS: predstavitev IMS: IP Multimedia Subsystem prvič uveden v 3GPP R5 namen: vzpostavljanje multimedijskih sej preko omrežij IP, ne glede na tehnologijo v nižjih nivojih (fiksna omrežja, mobilna omrežja) temelji na uporabi protokola SIP razširja funkcionalnosti protokola SIP Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 147 IMS: funkcionalnosti upravljanje sej mobilnost skrb za varnost (SIP nima) skrb za kakovost storitev (SIP nima) Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 148 Omrežje IMS ki ijs ac lik ap HSS ki ni ež str I-CSCF dostopovna zunanja omrežja IMS omrežja P-CSCF S-CSCF omrežje IMS Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 149 IMS: elementi omrežja P-CSCF S-CSCF Interrogating Call Session Control Function dodeli S-CSCF, posreduje med P-CSCS in HSS HSS Serving Call Session Control Function osrednji element omrežja IMS registrira uporabnike in posreduje signalizacijske pakete I-CSCF Proxy Call Session Control Function vhodni element v omrežje IMS Home Subscriber Server razširitev HLR AS Application Server strežniki z aplikacijami, neodvisnimi od omrežne infrastrukture Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 150 Mobilni in telematski sistemi WiMAX WiMAX: predstavitev IEEE 802.16 Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMAX: dostop do Interneta mobilni WiMAX: alternativa LTE/LTE-A 802.16m izpolnjuje pogoje za 4 G WiMAX Forum Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 152 WiMAX: topologija omrežja ponudnik dostopa dostopovno omrežje ponudnik storitev povezovalno omrežje bazna postaja prehod prehod prehod zunanja omrežja bazna postaja domači varnost agent Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 153 WiMAX: arhitektura dostopovno storitveno omrežje povezovalno storitveno omrežje dostopovno in povezovalno omrežje sta lahko med seboj neodvisni delovanje sloni na protokolu IP Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 154 WiMAX: sodostop do radijskega vmesnika povezavno orientiran (storitveni pretok) OFDMA kombinacija naključnega in urejenega sodostopa terminal uporablja vire, ki mu jih dodeli bazna postaja Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 155 WiMAX: upravljanje mobilnosti celično omrežje trda ali mehka predaja zveze domače in obiskano omrežje domači agent: podatki o naročniku strežnik AAA: varnost in zaračunavanje Mobilni in telematski sistemi Drago Hercog 156
© Copyright 2024