Mobilni in telematski sistemi I. del

Transcription

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
 [email protected]
 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
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
sistemi
Drago Hercog
3
MTS - vaje
 udeležba je obvezna
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
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
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 ?
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"
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
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
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
sistemi
Drago Hercog
11
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
sistemi
Drago Hercog
13
 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
sistemi
Drago Hercog
14
 interferenca zaradi drugih izvorov
 naravne in arhitekturne ovire
 zaslanjanje, odboji
 interferenca zaradi širjenja po več poteh
sistemi
Drago Hercog
15
 presihanje elektromagnetnega polja
 odvisnost od frekvence, časa, prostora
 raznovrstnost prenosa
 časovna
 frekvenčna
 prostorska
 poraba moči
 varnost
 overjanje
 šifriranje
sistemi
Drago Hercog
16
Sodostop do radijskega medija –
razvrstitev metod sodostopa
metode dostopa do
skupnega radijskega medija
(MAC)
sinhrone
asinhrone
TDMA FDMA CDMA OFDMA
sistemi
Drago Hercog
z urejenim
dostopom
z naključnom
dostopom
17
Priložnostno in strukturirano
radijsko omrežje
strukturirano
priložnostno
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
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
sistemi
Drago Hercog
20
Povezava strukturiranih radijskih
omrežij
povazava z drugimi
baznimi postajami
in / ali
transportnim omrežjem
bazna postaja
oziroma AP
dostopovna točka
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
sistemi
Drago Hercog
22
Struktura prostranega mobilnega
omrežja (WAN)
transportno omrežje
dostopovno omrežje
dostopovno omrežje
druga transportna omrežja
sistemi
Drago Hercog
23
Načrtovanje celičnega omrežja







tehnologija
frekvenca
moč
konfiguracija terena
velikost celic
oblika celic
zahtevnost načrtovanja
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
operaterja A
mobilnost med
celicami različnih
dostopovnih omrežij
dostopovno
omrežje
prehajanje med operaterji
dostopovno
omrežje
mobilnost znotraj celice
sistemi
Drago Hercog
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
sistemi
Drago Hercog
26
Postopki upravljanja mobilnosti




sledenje nahajališča
osveževanje nahajališča
pozivanje
predaja zveze
 trda predaja
 mehka predaja
 varnostni postopki
 overovitev
 šifriranje
sistemi
Drago Hercog
27
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)
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
sistemi
Drago Hercog
LTE-A
IEEE 802.16m
30
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
sistemi
Drago Hercog
32
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
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)
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
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
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
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
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)
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
sistemi
Drago Hercog
6
6
6
6
7
7
7
7
0
0
0
0
1
1
1
1
t
41
- 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
sistemi
Drago Hercog
42
- 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
sistemi
 RACH
kanali
 AGCH
 PCH
kanali
Drago Hercog
43
- 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
sistemi
Drago Hercog
44
- naključni dostop do omrežja
zahteva
po
kanalu
MS
RACH
AGCH
dodelitev
signalizacijskega
kanala
poziv
mobilni
postaji
PCH
MS
zahteva po
kanalu
omrežje
RACH
AGCH
sistemi
omrežje
dodelitev
signalizacijskega
kanala
Drago Hercog
45
GSM: upravljanje radijskih virov,
zmanjševanje interference
 krmiljenje moči oddajanja
 prekinjeno oddajanje (DTX)
(šum ozadja)
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
sistemi
Drago Hercog
47
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
sistemi
Drago Hercog
48
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
sistemi
FEC
koder
pre- fizični kanal
pletanje
fizični sloj
Drago Hercog
odpletanje
FEC
dekoder
CRC
dekoder
ARQ
sprejem
LAPDm
49
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
sistemi
Drago Hercog
50
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
sistemi
Drago Hercog
51
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
sistemi
Drago Hercog
52
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)
sistemi
Drago Hercog
53
kodiranje signalizacije
okvir LAPDm
184 b
CRC
kodiranje
224 b
4
b
konvolucijsko
kodiranje
456 b
sistemi
Drago Hercog
54
dekodiranje signalizacije
okvir LAPDm
184 b
CRC preizkus zavrženje napačnih okvirjev
224 b
4
b
- popravljanje napak
456 b
sistemi
Drago Hercog
55
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!
sistemi
Drago Hercog
56
kodiranje uporabniških podatkov
podatki uporabnika
240 b
4
b
konvolucijsko
kodiranje
488 b
izločitev
32 b
456 b
sistemi
Drago Hercog
57
kodiranje uporabniških podatkov
podatki uporabnika
240 b
4
b
popravljanje napak
488 b
dodajanje
32 b
456 b
sistemi
Drago Hercog
58
- komunikacijske ravnine
Komunikacijske ravnine
Uporabniška
ravnina:
prenos
uporabniške
informacije,
kompresija,
linijsko kodiranje,
šifriranje
sistemi
Krmilna
ravnina:
signalizacija,
upravljanje
mobilnosti
Drago Hercog
Upravljalska
ravnina:
upravljanje
dostopovnega
omrežja in
radijskih
virov
59
- funkcionalnosti
prenos uporabniške informacije
signalizacija
upr.
BSC in
r. virov
upravljanje radijskih virov
nižji sl.
Um
MS
nižji sloji
sistemi
nižji sl.
BTS
nižji sl.
Abis
upravljalska r.
BSC
krmilna r.
Drago Hercog
A
MSC
uporabniška r.
60
- protokolni sklad
CM
CM
MM
MM
RR
LAPDm
phy
MS
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
diskriminacija
podsloj RR
multipleksiranje
demultipleksiranje
DL-SAP
omrežni sloj
povezavni sloj
Ph-SAP
logični kanali
sistemi
Drago Hercog
fizični sloj
62
GSM:
 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
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
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)
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)
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
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
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
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
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
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
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
sistemi
v
noviMSC
Drago Hercog
MS
73
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
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
sistemi
Drago Hercog
76
GSM/GPRS:
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
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
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
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)
sistemi
Drago Hercog
80
GPRS:
protokolni sklad v krmilni ravnini
upravljanje sej
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 sej: okolja za prenos podatkov
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
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
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
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)
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
dodelitev TBF (ena faza)
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
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)
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
MAP-L
ocationU
pda
[IMSI] teRequest
ccept
pdateA
U
n
o
ti
a
c
o
MAP-L
ccept
ttachA
GMM-A
GMM-A
ttachCo
mplete
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
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
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
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
sistemi
tReques
t
IPms)
(
e
s
n
o
p
textRes
n
o
C
P
eatePD
r
C
M
S
Drago Hercog
93
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)
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
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
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
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
sistemi
Drago Hercog
podatkovna
omrežja
GGSN
99
UMTS:
 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
sistemi
Drago Hercog
100
UMTS:
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
sistemi
Drago Hercog
podatkovna
omrežja
101
UMTS:
 enako kot v R 99
 jedrno omrežje
 govorna domena: paketni način prenosa
(preko protokola IP)
 ločitev prenosa govora (MG) in
krmiljenja prenosa (klicni strežnik)
sistemi
Drago Hercog
102
UMTS:
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
sistemi
SS7
Drago Hercog
podatkovna
omrežja
103
UMTS:








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
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
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
sistemi
Drago Hercog
106
UMTS:











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
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
sistemi
Drago Hercog
108
Razlikovanje celic in terminalov
prenos
proti terminalu
proti omrežju
razlikovanje
terminalov
različni terminali
uporabljajo različne
razširitvene kode
različni terminali
mešalne kode
razlikovanje
celic
različne celice
mešalne kode
nadzor nad
hitrostjo
prenosa
razširitvene kode z
različnimi dolžinami
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
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
sistemi
+1
Drago Hercog
111
CDMA: zgled (3)
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:
+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
sistemi
Drago Hercog
112
+1+1 -1 -1 +1+1+1+1
CDMA: zgled (4)
kodno drevo:
C411(1111)
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:
+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
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
sistemi

Drago Hercog
114
×
UMTS:




kode prispevajo k popravljanju napak na sprejemni strani
kvaliteta prenosa = f (n, r, Pspr, Pint)
komunikacijo v celici (celicah) omejuje interferenca!











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
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
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:
sistemi
Physical Random Access Channel
Acquisition Indication Channel
Dedicated Control Channel
Drago Hercog
117
UMTS:







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
sistemi
Drago Hercog
118
UMTS:
mehka predaja
B
MS
jedrno omrežje
strežni krmilnik
RNC
B
B
prehodni krmilnik
RNC
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
sistemi
Drago Hercog
120
UMTS: tuneliranje in
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
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
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
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
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
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)
sistemi
Drago Hercog
126
→ 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)
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)
sistemi
Drago Hercog
129
LTE:
jedrno omrežje
eUTRAN
eB
MME
HSS
PDN-GW
zunanje
omrežje
eB
S-GW
sistemi
Drago Hercog
130
LTE:
 preprostejša, cenejša
 prenos vseh vrst informacije preko IP
 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
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
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
sistemi
Drago Hercog
133
LTE:
ortogonalni frekvenčni pasovi
p ( f 5f0)
p ( f 4f0)
p ( f 6f0)
p ( f 3f0)
p ( f 7f0)
p ( f 2f0)
p ( f 8f0)
p ( f 1f0)
p ( f 9f0)
0
f
sistemi
Drago Hercog
134
- 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
sistemi
Drago Hercog
135
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
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
sistemi
Drago Hercog
137
LTE:
struktura kanalov
 logični kanali
 transportni kanali
 fizični kanali
 statično določeni prenosni bloki
sistemi
Drago Hercog
138
LTE: sinhronizacija in nadzor
nad kvaliteto storitve
 Bazna postaja redno oddaja
 sinhronizacijske signale
 referenčne signale
 Časovna poravnava
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)
sistemi
Drago Hercog
140
LTE: popravljanje napak
 adaptivna modulacija
 adaptivno kodiranje
 HARQ
 v sloju MAC
 med MS in eNode-B
sistemi
Drago Hercog
141
LTE:
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




sistemi
Drago Hercog
142
LTE: tuneliranje in
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
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
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
sistemi
Drago Hercog
145
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
sistemi
Drago Hercog
147
IMS: funkcionalnosti




upravljanje sej
mobilnost
skrb za varnost (SIP nima)
skrb za kakovost storitev (SIP nima)
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
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
sistemi
Drago Hercog
150
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
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
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
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
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
sistemi
Drago Hercog
156

Mobilni in telematski sistemi I. del

Transcription

Similar documents

GSM prehod na Modbus vodilo

Tudi podjetja je treba pripraviti na dopust Delavnice za večjo varnost

Celoten članek

Brezžični senzorji tlaka - Niksis, meritve in avtomatizacija

Naročilo dodatnih storitev

SENZORJI - Mobicom

raziskave o EMS baznih postaj 4. generacije LTE v Sloveniji

MOB Nasveti - Telemach mob. :: Predstavitev