TVP Kevätkurssi

Transkriptio

1 TVP Kevätkurssi Wireless networks Otto Alhava otto.alhava@ericsson.fi

2 Luento 7: osat! Soveltava osa:! ADSL, ATM ja IP: pääsyverkko! VPN-ratkaisut: ATM, FR, Ethernet, IP (MPLS)! Opimme uutta:! Mobiiliverkot

3 ! Mobiiliverkon osat ja arkkitehtuuri! Mobiiliverkon kapasiteetti ja rajoitteet! Mobiiliverkon

4 Opetustavoite Tekniikat erilaisiin käyttötarkoituksiin:! GSM, GPRS ja EDGE! WCDMA! P-to-P ja P-to-M radioverkot! WLAN

5 Arkkitehtuuri Palvelut ALL-IP runkoverkko Internet RL " " " " Pääsyverkot Broadband WLAN 2G 3G Käyttäjät Bluetooth

6 Mobiilitekniikoiden käyttö (Q3/2002) Standardi Tilaajia (Miljoonia) Maat/ Verkot Kuukausittainen kasvuvauhti Käyttöönotto GSM /477 ~ GSM GSM GSM 1900 PDC 59 1/31 (Japani) ~ 0, (800 MHz) 1994 (1500 MHz) TDMA /136 ~ 1, (800 MHz) 1996 (1900 MHz) CDMA /120 ~ 2, (800 MHz) 1996 (1900 MHz) Muut 52

7 Mobiiliverkon pääosat! Päätelaite: Mobile Station (MS) = Terminal Equipment (TE)+ Mobile Terminal (MT)! Tukiasema: Base Transciever Station (BTS)! Tukiasemaohjain: Base Station Controller (BSC)! Keskus: Mobile Switching Center (MSC) BTS BSC MSC

8 Mobiiliverkon arkkitehtuuri: BSS! Pääsyverkko muodostuu soluista: Cellular system! Tavoitteena maantieteellinen peitto ja hyvä kuuluvuus (mikro- ja makrosolutekniikka)! Rajoitteena korkeat kustannukset:! Antennipaikka- ja antennit! Transmissio! Laitetila! Tukiasema! Huolto ja ylläpito Base Station Subsystem (BSS) BTS BTS BTS BSC Peittoalue solussa jakaantuu sektoreihin (Sector)

9 Mobiiliverkon arkkitehtuuri: CN! Runkoverkko koostuu keskuksista ja palvelimista: Core Network! Runkoverkon tehtävänä on puhelujen välittäminen ja tilaajakohtaisen tiedon ylläpito mobiilipalvelujen tarjoamiseksi! Puhelujen välittäminen perustuu piirikytkentäiseen tekniikkaan ja palvelut enenemässä määrin pakettikytkentäisyyteen Core Network (CN) MSC/VLR Gs Gr SS7 HLR SMS GW- MSC Gd

10 Käyttäjien liikenteen erottaminen ja mobiiliverkkojen kehitys! 1G: Frequency Division Multiple Access (FDMA)! 2G: Time Division Multiple Access (TDMA)! 3G: Code Division Multiple Access (CDMA) Käyttäjä 1 Lähetys ja vastaanottosuunta: Time Division Duplex, TDD BTS Käyttäjä Kehys = 8 aikaväliä, käyttäjien datan erottaminen Esimerkki: GSM-verkko TDD&TDMA

11 ! 80-luku:1G Mobiiliverkkojen kehitys! Analoginen järjestelmä, kilpailevia standardeja, esim. Euroopassa NMT, TACS! Mobiliteetti maanlaajuisesti! 90-luku: 2G! Digitalisointi ja standardointi, esim Global System for Mobile communications (GSM): ISDN-tasoiset puhepalvelut maanosanlaajuisesti! Tehokas taajuusalueen käyttö! Kompressointi ja puheenkoodaus, komponenttien pieneneminen! SMS ja datapalvelut! 00-luku: 2,5G ja 3G! Nopeat datapalvelut! Yhteinen maailmanlaajuinen standardi! Puheen, videon ja datan välittäminen (QoS)

12 GSM-verkon kehitys! High-Speed, Circuit-Switched Data (HSCSD): piirikytkentäinen datasiirto, jossa yhdistetään tarvittaessa useampia aikavälejä/käyttäjä. (<115 kbps)! General Packet Radio Services (GPRS): pakettikytkentäinen, allways-on -palvelu(overlay-tekniikka)! Enhanced Data-rates for Glogal Evolution (EDGE): (myös: Execution) käytössäolevan taajuusalueen tehokkaampi käyttö datasiirtoon käyttämällä uutta koodaustapaa (<384 kbps) Huom. Wireless Application Protocol (WAP) ei ole millään tavoin riippuvainen esim. GSM:n datapalveluista. => Nykyisten palvelujen käytettävyys kärsii datasiirron hitaudesta, joka on GSM-verkon (ei protokollan) ominaisuus.

13 GSM - Global System for Mobile Communication Mobile Core! MSC Mobile Switching Center! HLR: Home Location Register BTS BSC MSC/VLR! VLR: Visitor Location Register! Switching, AAA, Billing, end user services BTS PCU HLR SMS GW- MSC Base Station Subsystem:! radio connection to the handset:! TDMA (Time Division Multiple Access): managing the timeslots! Handover: mobility! Power control, : performance

14 GPRS-kehitystavoitteet ja -toteutus! Tukiasemiin mahdollisimman vähän muutoksia (SW)! Muutoksia tukiasemaohjaimeen, uusi HW: Packet Control Unit (PCU)! Pakettikytkentäiselle datasiirrolle uusi runkoverkko, GPRS Core Network! Uudet laitteet: Serving GPRS Support Node (SGSN) ja Gateway GPRS Support Node (GGSN)! SGSN: pitää yhteyttä pakettidataa käyttävään MS:n ja vaihtaa tarvittaessa BSC:tä. (= reititin, joka autentikoi, salaa liikenteen ja jakaa lisäksi IP-osoitteet)! GGSN: rajapinnat ISP:hin ja Radius tms. palvelimiin. Kontrolloi MS:n loogisien yhteyksien terminointeja SGSN:n (=perinteisempi reititin ja FW), terminoi päästä-päähän GPRS-tunneloinnin.

15 Pakettikytkentäiset verkot ja GSM/GPRS MSC/VLR HLR SMS GW- MSC Corporate BTS BSC Gs Gr SS7 Gd External IP network BTS BTS BTS PCU PCU PCU BSC Frame Relay Network SGSN SGSN SGSN Gb Gp Other PLMNs IP Network (shared backbone)gn GGSN GGSN Gi Network Gi Network Router Router Network Management and GPRS Services LAN ISP/Internet External IP network

16 GSM-verkko ja GPRS HLR Operaattorin PSTN A A BTS BSC MSC/VLR Gb Gs SGSN Gn GGSN Muut Operaattorit GPRS (IP)-runkoverkko Internet

17 GSM-verkko, GPRS ja EDGE EGPRS-protokolla (uusi SW PCU:hun) HLR Operaattorin PSTN A A BTS BSC MSC/VLR EDGE-TRU Gb SGSN Gs GGSN Muut Operaattorit EDGE-kykyinen päätelaite Gn GPRS (IP)-runkoverkko Internet

18 GPRS protokolla-arkkitehtuuri MS BSS SGSN GGSN

19 EDGE (EGPRS) Enhanced Data for Global Evolution: 2,5G! Suurempi datasiirtonopeus ja parempi taajuuskaistan käyttö uudistamalla modulointi ja koodaus (GMSK -> 8PSK)! Mahdollistaa uusien sovellusten käyttöönottamisen! GPRS-runkoverkon uudelleenkäyttö! EGPRS datanopeudet max. 384 kbps (GPRS: 115 kbps)! GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN) = 2,5G! Minimoitu muutokset BSS:ään

20 EDGE: uusia ominaisuuksia Sovitus pakettikytkentäiselle datasiirrolle:! Uusi modulointitapa 8PSK (GMSK)! Nopeamman bittinopeuden koodausmenetelmät (MSC1-8)! Parannettu uudelleenlähetys! Datalähetyksen lomitus (interleaving)! QoS ominaisuuksia (PCU ymmärtää erilliset datavuot)

21 (E)GPRS: insinöörinäkökulma GSM EDGE Modulointi GMSK 8-PSK / GMSK Symbolinopeus 270 ksym/s 270 ksym/s Bittinopeus 270 kb/s 810 kb/s Radioverkon datanopeus/ts 22.8 kb/s 69.2 kb/s Käyttäjän datanopeus/ts 20kb/s (CS4) 59,2 kb/s (MCS9) Käyttäjän max. (8ts) 160kb/s 473,6kb/s (182.4kb/s) (553.6kb/s)

22 Lisää termistöä: UMTS = WCDMA WCDMA : Wideband Code Division Multiple Access UMTS: 3 G 3RD Generation Universal Mobile Telecommunications System UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network

23 Multiple Access Approaches Frequency Division Multiple Access Time Division Multiple Access Spread Spectrum Multiple Access Code Division Multiple Access Multiple Transmitters User 1 User 2 User 3 User 1 User 2 User 3 User N and Multiple Data Channels Frequency Time Frequency Each User has a unique frequency (1 voice channel per user) Each User has a unique time slot Each Data Channel has a unique position within the time slot Each Transmitter has a unique spreading code Each Data Channel has a unique orthogonal code All users transmit at the same time AMPS, NMT, TACS Several users share the same frequency IS-136, GSM, PDC Many users share the same frequency and time IS-95, cdma2000, WCDMA

24 3G-järjestelmät: lisää siirtokaistaa EDGE CDMA2000 WCDMA Max. datanopeus /taajuus Basic Standard 480 kb/s Enhanced Standard 2 Mb/s Basic Standard 600 kb/s Enhanced Standard 3.1 Mb/s Basic Standard 2 Mb/s Enhanced Standard 10.8 Mb/s Datanopeus solun reunalla 128 kb/s 128 kb/s 128 kb/s 128 kb/s 384 kb/s 384 kb/s

25 GSM WCDMA arkkitehtuuri Um Uu BSS: Base Station Subsystem BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station RAN: Radio Access Network RNC: Radio Network Controller RBS: Radio Base Station

26 2G:stä 3G:hen 2G Circuit-Switched Voice 9.6, 14.4 kbps Circuit-Switched Data Short Message Service (SMS) 3G Circuit-Switched Voice up to 2 Mbps Low-Speed Circuit-Switched Data High-Speed Circuit-Switched Data Packet Data

27 3G järjestelmien ominaispiirteitä! Tukiasema-kontrolleri arkkitehtuuri säilytetty, palvelukerros ja kontrollikerros lisätty! Aikavälit hylätty: taajuusalue koodataan, uusi radiorajapinta, lähetystehon säätely kriittinen (uudet algoritmit)! Tuki paketti- ja piirikytkentäisille palveluille, liikenneluokat:! Puhe: Conversational class! Video,tms: Streaming class! Web: Interactive class! Tiedostonsiirto: Background class! Transmission ja mobiilijärjestelmän erottaminen

28 Kerrosmalli:3G-verkko Application Servers Service enablers Services/applications Application Servers WCDMA EDGE MGW MSC HLR/AuC/FNR GMSC/Transit Server Server SGW GSM SGSN Control Connectivity MGW GGSN PSTN/ PLMN/ ISDN Internet Intranets Control User data

29 Sanastoa! RBS Radio Base Station! Node B Radio Base Station! RAN Radio Access Network! GSM BSS GSM Base Station Subsystem! GSM BSC GSM Base Station Controller! GSM BTS GSM Base Transceiver Station! TDMA Time Division Multiple Access! RNC Radio Network Controller! RAB Radio Access Bearer! QoS Quality of Service! FDD Frequency Division Duplex! TDD Time Division Duplex! MAC Medium Access Control! RLC Radio Link Control! RRC Radio Resource Control