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Kommunikationsnetze Wintersemester 2019/20
Prof. Jochen Seitz 1
Kapitel 8 –Mobilfunknetze
i. Einführung Funkkommunikation
ii. Zellulare Systeme
iii. Drahtlose Infrastrukturnetze
iv. Klassifikation von Mobilfunknetzen
v. Ad-hoc-Netze
Kommunikationsnetze -- 9. Mobilkommunikation (WS 2019/20) 1
Einführung Funkkommunikation
▪Übertragungsbereich• Kommunikation möglich
• niedrige Fehlerrate
▪ Erkennungsbereich• Signalerkennung möglich
• keine Kommunikation möglich
▪ Interferenzbereich• Signal kann nicht detektiert werden
• Signal trägt zum Hintergrundrauschen bei
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Entfernung
Sender
Übertragung
Erkennung
Interferenz
1
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Signalausbreitung
▪ Ausbreitung im freien Raum grundsätzlich geradlinig (wie Licht)
▪ Abnahme der Empfangsleistung mit 1/d²(d = Entfernung zwischen Sender und Empfänger)
▪ Beeinflussung der Empfangsleistung durch:• Freiraumdämpfung (frequenzabhängig)
• Abschattung durch Hindernisse
• Reflektion an großen Flächen
• Streuung (Scattering) an kleinen Hindernissen
• Beugung (Diffraction) an scharfen Kanten
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Reflektion
Streuung Beugung
Abschattung
Mehrwegeausbreitung
▪ Ursache:
• Reflektion, Streuung und Beugung
▪ Wirkung:
• gleichzeitiger Empfang direkter und phasenverschobener Signalanteile➔ je nach Phasenlage abgeschwächtes Signal
• zeitliche Streuung des Signals (Time Dispersion)➔ Interferenz mit Nachbarsymbolen
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Sendesignal
Empfangssignal
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Technische Randbedingungen in Mobilfunknetzen
▪Nutzbares Frequenzspektrum = endliche Ressourcen = hohe (Lizenz-)Kosten
▪ Kapazitätsbegrenzung durch festgelegte Frequenzbänder
▪ Effektive Nutzung mittels Modulation und Codierung
▪Deshalb:• Sparsamer Umgang mit Frequenzen
• Wiederverwendung von Frequenzen (Kanäle) in lokal begrenzten Netzabschnitten (Zellen)
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Zellulare Systeme (I)
▪ Klassische Funksysteme• eine Basisstation mit hoher Sendeleistung
• Abdeckung eines (sehr) großen Bereichs
• meist auch Beibehaltung eines zugewiesenen Funkkanals bei Wechsel des Bereiches
• ungenaue Definition der Grenzen solcher Bereiche
▪ Probleme klassischer Funksysteme• Keine oder eingeschränkte Möglichkeit der Wiederverwendbarkeit von
Funkkanälen
• große Teilnehmerzahlen nicht handhabbar
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Zellulare Systeme (II)
▪ Problemlösung:• Einteilung des Versorgungsbereiches in Zellen
• Versorgung innerhalb einer Zelle durch eine Basisstation
• Verwendung unterschiedlicher Funkkanäle in benachbarten Zellen (Vermeidung von Interferenzen)
• Wiederverwendung von Kanälen in entfernten Zellen (Raum-MUX)
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Zellulare Systeme (III)
Klassisches Funksystem Zellulares Funksystem
f1-3
f3f3
f2
f1f1
f3
f2
f1
f2
f1
f2
f1
f2
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Öffentliche Mobilfunkdienste und -netze
▪Mobilfunkdienste verwenden „drahtlose“ Übertragungskanäle als „Anschlussleitung“ • Funkkanäle (Funksysteme)
• Infrarot (Indoorsysteme)
▪ Ziele der Verwendung leitungsloser Anschlussleitungen• Örtliche Beweglichkeit Teilnehmer-Endgerät
• Bypass als Netzzugang
▪Unterscheidung der Mobilfunknetze in • Infrastrukturnetze
• Ad-hoc-Netze
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Drahtlose Infrastrukturnetze
Mobiles EndgerätBasisstation
(Access Point)Festnetz
WLAN Access PointWLAN Access Point
Local Area NetworkInternet
?
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Drahtlose Infrastrukturnetze – Aufbau
▪ Infrastruktur ist Voraussetzung
▪ Kommunikation zwischen Zugangspunkt (Basisstation, Access Point) und drahtlos angebundenen Endgeräten (Mobilstationen)
➔ maximal 1 Hop zum Festnetz (=Access Point) mehr als 1 Hop zum Nachbarn
▪ Zugang zum Festnetz über Basisstation
▪ Basisstationen über Festnetz miteinander verbunden
▪Möglichkeit der Bildung logischer Netze
▪ Hinweis: keine Vermittlung im Funkzugang
▪ Beispiele: GSM-, UMTS-, LTE-Netz
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Drahtlose Infrastrukturnetze– Eigenschaften –
▪ vorausgehende Planung
▪ Bereitstellung von Diensten durch Infrastruktur (z.B. Namens-auflösung, Weiterleitung von Daten, Authentifizierung)
▪ keine direkte Kommunikation zwischen den Endgeräten
▪ Komplexität im Zugangspunkt
▪ Endgeräte relativ einfach (bzgl. Netzwerkfunktionen)
▪Dienstgütegarantien möglich
▪ zentralisierte Verwaltung/Administration
▪ anfällig bei Katastrophenfällen wie Erdbeben, Bränden
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LTE(Long Term Evolution)
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MobilerSatellitenfunk
Übersicht über Mobilfunksysteme
Reichweite
Datenrate
indoor regional national kontinental interkontinental
SchnurloseTK-Systeme
Funkrufsysteme
Bündelfunksysteme
2G-Mobilfunksysteme
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)
WPAN(Wireless Personal
Area Network)
WLAN(Wireless LocalArea Network)
5G(IMT 2020)
Klassifikation von Mobilfunknetzen
▪Öffentliche Mobilfunknetze (Public Land Mobile Networks PLMN)• 1. Generation: A-Netz, B-Netz, C-Netz• 2. Generation: GSM• 3. Generation: UMTS• 4. Generation: LTE-Advanced• 5. Generation: IMT 2020 (ca. im Jahr 2020)
▪Wireless Local Area Networks WLAN• IEEE 802.11
▪Wireless Personal Area Networks WPAN• Bluetooth• IrDA (InfraRed Data Association)
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1. Generation I
▪ A-Netz (1958 – 1977):• „öffentlich beweglicher Landfunkdienst“
• analog
• manuelle Vermittlung
• max. ca. 11000 Teilnehmer
▪ B-Netz (1972 – 1994):• analog
• Selbstwählverbindungen (Vorwahl standortabhängig)
• Kein Handover
• Begrenztes Roaming
• max. ca. 27000 Teilnehmer
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1. Generation II
▪ C-Netz (1985 – 2000):• Trennung von Teilnehmeridentität
(Magnetkarte, TeleKarte) und Endgerät
• Vorwahl ortsunabhängig
• Handover
• Zusatzdienste wie Rufumleitung, Anrufbeantworter
• kein Roaming(Standard nur in Deutschland, Portugal und Südafrika eingesetzt)
• leicht abzuhören (lediglich Sprachverschleierung)
• bis zu 850.000 Teilnehmer
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2. Generation – GSM (seit 1992 in Deutschland)
▪GSM: Groupe Speciale Mobile• Arbeitsgruppe der CEPT (Conference Europeéne des Administrations des
Postes et des Telecommunications)
▪GSM: Global System for Mobile Communication• Europäischer Standard
• Weltweite Verbreitung
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GSM-Empfehlung
▪ Ausgangssituation Anfang der 80er Jahre:• Trend zu nationalen und inkompatiblen Funknetzen
• hohe Gebühren und Gerätepreise
▪ Beschluss der CEPT zur Entwicklung eines paneuropäischen zellularen Mobilfunknetzes (1982)
▪ noch keine Festlegung digitale Übertragung der Sprache, erst im Verlauf der Entwicklung
▪ festnetzseitig Nutzung von Kenntnissen und Techniken des ISDN
▪ 1987: Memorandum of Understanding• Bereitschaftserklärung von 13 Staaten zur Einführung Mobilfunk nach GSM-Standard
▪ Hohe Komplexität des Digitalnetzes• 8000 Seiten Standard
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Besondere Merkmale der GSM-Empfehlung I
▪ Frequenzband • GSM 900
− 935-960 MHz Downlink
− 890-915 MHz Uplink
• DCS 1800 (Digital Cellular System)− 1805-1880 MHz Downlink
− 1710-1785 MHz Uplink
• PCS 1900 (Personal Communications Service)− 1930-1990 MHz Downlink
− 1850-1910 MHz Uplink
▪ Multiplexverfahren• Kanalabstand 200 kHz ermöglicht 124 Kanäle (Funkschnittstelle: FDM)
• Je FDM-Kanal TDM von 8 Nutzkanälen
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Leitungs-vermittlung
Besondere Merkmale der GSM-Empfehlung II
▪ Handover• Aufrechterhaltung Verbindung(squalität) bei Wechsel der Feststation (Zelle)
• Lenkung der Verkehrsverteilung
• Recovery-Prozeduren bei Fehlschlag
▪ Leistungsregelung 30 dB in 2-dB-Schritten• Stromeinsparung am Endgerät
• Verminderung von Interferenzen
▪ Diskontinuierliche Übertragung• Erkennung der Sprachaktivität
• Einsparung von Energie
• geringere Störungen durch Interferenz
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GSM: Überblick
Festnetz
BSC
BSC
MSC MSC
GMSC
OMC,EIR, AUC
VLR
HLR
NSSmit OSS
RSS
VLR
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
AUC Authentication CentreBSC Base Station ControllerBTS Base Transceiver StationEIR Equipment Identity RegisterGMSC Gateway MSCHLR Home Location RegisterMSC Mobile (Services) Switching CentreNSS Network Switching SubsystemOMC Operation and Maintenance CentreOSS Operation Support SubsystemRSS Radio SubsystemVLR Visitor Location Register
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Zeit-Vielfachzugriff (TDMA)
ZeitbereichGSM-TDMA-Rahmen
GSM-Zeitschlitz
4,615 ms
546,5 µs577 µs
3
935-960 MHz 124 Kanäle mit je 200 kHzAbwärtsrichtung
890-915 MHz
Höhere GSM-Rahmenstrukturen
124 Kanäle mit je 200 kHzAufwärtsrichtung
1 2 3 4 5 6 7 8
Schutz-zeit
Tail Nutzdaten S Training S Nutzdaten TailSchutz-
zeit
3 bit57 1 26 1 57
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General Packet Radio Service (GPRS)
▪ Basis: existierende GSM-Netze• zu Grunde liegendes Netz ist leitungsvermittelt
• skalierbare Bitraten durch Bündelung von bis zu 8 Zeitschlitzen(ein gesamter Funkkanal) → Paketvermittlung
• erreichbare Bitraten bis ca. 170 kbit/s
▪ Erweiterung des GSM-Netzes um• Gateway GPRS Support Node (GGSN)
− Gateway zu anderen Paketnetzen
− Umsetzung Paketnetzadressen in IMSI-Adressen (IMSI = International Mobile Subscriber Identity)
• Serving GPRS Support Node (SGSN)− funktionelle Unterstützung der Mobilstationen
− Abfrage der Adressen von Gruppenrufen
• GPRS Register (GR)− GPRS bezogene Teilnehmerdaten, Teil des HLR
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GPRS – Architektur und Schnittstellen
MS BSS GGSNSGSN
MSC
Um
EIR
HLR/GR
VLR
PDN
Gb Gn Gi
SGSN
Gn
BSS Base Station SubsystemMS Mobile StationPDN Public Data Network
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3. Generation – Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)
▪UMTS seit 2004 in Deutschland
▪ Zielstellung:• Dienste des ISDN
• GSM-Dienste
• standortbezogene Dienste, E-Commerce, Internet, …
• Datenkommunikation leitungsvermittelt und paketvermittelt (max. 384 kbit/s)
▪Unterstützung verschiedener Zugriffsverfahren(TDMA, FDMA, CDMA, hybrid)
▪Weltweites Roaming in den Frequenzbändern 850, 900, 1900 und 2100 MHz
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UMTS - Architektur
BTS
Node B
BSC
Abis
BTS
BSS
MSC
NodeB
Node B
RNC
Iub
NodeBRNS
NodeBSGSN GGSN
GMSC
HLR
VLR
IuPS
IuCS
Iu
CN
EIR
GnGp
C
PSTN
GcGr
Gf
D
B
F
NodeB BasisstationCN Core NetworkPSTN Public Switched Telephone NetworkRNC Radio Network ControllerRNS Radio Network Subsystem
PDN
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High Speed Packet Access (HSPA/HSPA+)
▪ Erweiterung des UMTS-Standards
▪Datenraten Download• HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) max. 337,5 Mbit/s
• am Markt typischerweise max. 42 Mbit/s
▪Datenraten Upload• HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) max. 23 Mbit/s
• am Markt typischerweise max. 5,76 Mbit/s
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Long Term Evolution (LTE)
▪ LTE seit 2010 in Deutschland
▪ Generation 3.9
▪ Nutzung unterschiedlicher Frequenzbänder weltweit (Westeuropa, Mittlerer
Osten, Afrika: 800, 1800 und 2600 MHz)
▪ Unterstützung verschiedener Bandbreiten (1,4; 3; 5; 15 und 20 MHZ)
▪ Nutzung der Mehrantennentechnik (MIMO – Multiple Input Multiple Output)
▪ Downloadrate max. 300Mbit/s
▪ Uploadrate max. 75 Mbit/s
▪ Einsatz von SON-Techniken (SON = SelbstOrganisierendes Netzwerk)
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4. Generation – LTE-Advanced
▪ (seit 2010 in Deutschland)
▪ abwärtskompatibel zu LTE
▪ verbessertes MIMO
▪Unterstützung von Relay Nodes
▪Unterstützung verschiedener Bandbreiten (20 – 100 MHZ)
▪Downloadrate max. 1000 Mbit/s
▪Uploadrate max. 500 Mbit/s
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Die Architektur von LTE
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eNodeB
MME(HSS)
eNodeB
EUTRAN
eNodeB
UE
UE
UE
UE
PCRF
S-GW PDN-GW
EPC
eNodeB BasisstationEPC Evolved Packet CoreEUTRAN Evolved UMTS Terrestrial
Radio Access NetworkMME Management Mobility EntityPCRF Policy and Charging Rules FunctionPDN-GW Packet Data Network GatewayS-GW Serving GatewayUE User Equipment
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5. Generation
▪ Taktiles Internet
▪ Einführung 2020• IMT 2020
▪ Ziele:• Effizienz bei geringen Kosten
• Hohe Bitrate durch dynamische Bandzuteilung
• Konvergenz von Glasfaser und drahtlosen Netzen
▪ Anwendungsszenarios• Internet of Things (IoT)
• Integration von mobilen Ad-hoc-Netzen MANETs
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5. Generation – International Mobile Telecommunications IMT2020
5G: IMT 2020 mit folgenden Zielstellungen
▪ 100fach höhere Datenrate als heutige LTE-Netze (also bis zu 10.000 Mbit/s)
▪ rund 1000fach höhere Kapazität
▪weltweit 100 Mrd. Mobilfunkgeräte gleichzeitig ansprechbar
▪ extrem niedrige Latenzzeiten → Ping von unter 1 Millisekunde
▪ 1/1000 Energieverbrauch pro übertragenem Bit
▪ 90% geringerer Stromverbrauch
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Quelle: http://www.lte-anbieter.info/5g/
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5G Application Profiles
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▪ Enhanced Mobile Broadband (eMBB)• Datenraten bis zu 20 Gb/s
• Videostreaming, Augmented / Virtual Reality
▪Massive Machine Type Communications (mMTC)• Massive IoT: beliebige Anzahl von
energieeffizienten IoT-Geräten
▪ Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC)• Latenz unter 1 ms
• Autonomes Fahren, Industrie 4.0
mMTC
Ad-hoc-Netze
▪ Aufbau:„ ... a collection of wireless nodes, all of which may be mobile, dynamically create a wireless network among themselves without using any such infrastructure or administrative support.“
IEEE Feb. 2001 S.142
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Ad-hoc-Netze – Funktionsweise
A
FE
D
C
B
G H
Eigenschaften von Ad-hoc-Netzen (I)
▪ keine Infrastruktur keine vorausgehende Planung und nötig
▪ dezentrales Netzmanagement• self-creating
• self-organizing
• self-administering
▪ Unterstützung der dynamischen Änderung der Topologie
▪ Unterstützung von Multihop-Verbindungen− selbständige Aufnahme/Abmeldung von Stationen
− Endgeräte ggf. auch als Router
− Möglichkeit der direkten Kommunikation zwischen Endgeräten
− selbständige Routenwahl
− hohe Komplexität der Endgeräte
− unanfällig gegenüber Katastrophen
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immer und überall
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Eigenschaften von Ad-hoc-Netzen (II)
▪ Einsatzgebiete:
• spontanen Treffen
• Kommunikation fernab jeglicher Infrastruktur (z.B. Militäreinsätze)
• schneller Ersatz bei zerstörter Infrastruktur
• ...
▪ offene Fragen:
• Zugang zu anderen Netzen
• Zugang zu Diensten (Authentifizierung, Verwaltung etc.)
• Dienstgütebereitstellung
▪ durch folgende Spezifikationen unterstützt:
• WLAN (Wireless Local Area Network) (IEEE 802.11)
• HIPERLAN 1, 2 (ETSI-Standard)
• Bluetooth
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Infrastruktur- vs. Ad-hoc-Netze
Ad-hoc-Netze(bzw. infrastrukturlose Netze)
IEEE 802.11(WLAN) Bluetooth
Infrastrukturnetze
GSM
UMTS
GPRS
LTE/LTE-Advanced
...
Drahtlose Netze
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IEEE-Standard 802.11 für Wireless Local Area Networks
Mobiles Terminal
AccessPoint
Server
Fixed Terminal
Anwendung
TCP
802.11 PHY
802.11 MAC
IP
802.3 MAC
802.3 PHY
Anwendung
TCP
802.3 PHY
802.3 MAC
IP
802.11 MAC
802.11 PHY
Infrastrukturnetz
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WLAN-Standards im Vergleich
IEEE-Standard 802.11
FrequenzbandKanalband-
breite in MHzAntennen
max. Datenrate (brutto)
max. Datenrate (netto; nur für nicht
proprietäre)
- 2,4 GHz Single 2 Mbit/s
a 5 GHz20
40*Single
54 Mbit/s
108 Mbit/s*20-22 Mbit/s
b 2,4 GHz22
40*, 80*Single
11 Mbit/s
44 Mbit/s*
5-6 Mbit/s
g 2,4 GHz20
40*Single
54 Mbit/s
125 Mbit/s*20-22 Mbit/s
n 2,4 GHz, 5 GHZ 20, 40 Single, MIMO 600 Mbit/s 240 Mbit/s
ac 5 GHz 80, 160 MIMO 6,9 Gbit/s 3,5 Gbit/s
ad 60 GHz 2000 Single 6,7 Gbit/s ?
* proprietäre Variante
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Drahtloses Infrastrukturnetz – Beispiel WLAN
▪ Station (STA)
• Netzwerkknoten mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose Medium und Funkkontakt zum Access Point
▪ Basic Service Set (BSS)
• Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen
▪ Access Point
• Station, die sowohl in das WLAN als auch in das ver-bindende Festnetz (Distribution System) integriert ist
▪ Portal
• Übergang in ein anderes Festnetz
▪ Distribution System
• Verbindung verschiedener BSS, um ein Netz (ESS: Extended Service Set) zu bilden
Kommunikationsnetze -- 9. Mobilkommunikation (WS 2019/20) 41
Distribution System
Portal
802.x LAN
AccessPoint
802.11 LAN
BSS2
802.11 LAN
BSS1
AccessPoint
STA1
STA2STA3
ESS
Ad-hoc-Netzwerk – Beispiel WLAN
▪Direkte Kommunikation begrenzt durch Funkreichweite
▪ Station (STA):• Netzwerkknoten mit Zugriffsfunktion
auf das drahtlose Medium
▪ Basic Service Set (BSS):• Gruppe von Stationen, die dieselbe
Funkfrequenz nutzen
Kommunikationsnetze -- 9. Mobilkommunikation (WS 2019/20) 42
802.11 LAN
BSS2
802.11 LAN
BSS1
STA1
STA4
STA5
STA2
STA3
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Kommunikationsnetze Wintersemester 2019/20
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Zugriffsverfahren für WLAN
▪ CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)• Konkurrierender Medienzugriff
▪ RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send)• Koordinierung zwischen zwei Kommunikationspartnern zur Vermeidung des
Hidden-Node-Problems
▪ PCF (Point Coordination Function)• Möglichkeit der Zuweisung von Übertragungskapazität über einen zentralen
Punkt
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CSMA/CA
Quelle:SEITZ, J.; DEBES, M.; HEUBACH, M.; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und Datenkommunikation. Netze - Protokolle – Vermittlung. München, Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007. – ISBN 3-446-22979-5
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Kommunikationsnetze Wintersemester 2019/20
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Bluetooth
▪ Konsortium: Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba, …- viele Mitglieder
▪ Anwendungen• Anbindung von Peripheriegeräten
− Lautsprecher, Joystick, Kopfhörer usw.
• Unterstützung von Ad-hoc-Netzwerken− kleine, billige Geräte
• Verbindung von Netzwerken− beispielweise GSM über Handy - Bluetooth - Laptop
▪ einfacher, billiger Ersatz für IrDA
▪ eingeschränkte Reichweite
▪ relativ niedrige Datenraten
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LTE eNodeB
Bluetooth – Begriffe
▪Master• koordiniert zentral die Kommunikation im Piconetz
▪ Slave• alle anderen Geräte im Piconetz, die sich mit dem Master einen Kanal teilen
▪ Piconetz• Ansammlung von zwei bis acht aktiven Geräten, die sich einen Kanal teilen
(1 Master, 1-7 Slaves)
▪ AM-Adresse (active member)• 3-bit lange, temporäre Adresse zur Unterscheidung von Geräten in einem
Piconetz
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Bluetooth – Luftschnittstelle
▪ ISM-Band: 2,402 – 2,48 GHz• Weltweit lizenzfrei verwendbar
• Interferenzen mit anderen Nutzern möglich (Garagenöffner, Mikrowelle, etc.)
▪ Frequency Hopping Spread Spectrum• 79 (respektive 23) Kanäle à 1 MHz
• 1600 Sprünge pro Sekunde
▪ Time Division Duplex• Übertragung von Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung zeitlich getrennt
• Slot-Länge 625 ms
• Frequenzwechsel bei jedem neuen Slot
▪ Datenrate: bis 3Mbit/s bzw. 24Mbit/s (mit zusätzlichem Highspeed-Kanal)
▪ Reichweite: 10cm bis 10m bei 0dBm Sendeleistung; erweiterbar auf 100m
Kommunikationsnetze -- 9. Mobilkommunikation (WS 2019/20) 47
Master
Slave
f1 f2 f3
625ms
Bluetooth-Versionen (I)
Kommunikationsnetze -- 9. Mobilkommunikation (WS 2019/20) 48
Versionmax.
Datenrate (brutto)
Abwärts-kompatibilität
Verbesserungen
1.0 732,2 kbit/s --- ---
1.1 732,2 kbit/s nein Indikator für Signalstärke
1.2 1 Mbit/s ja1 Adaptive Frequency-Hopping spread spectrum (AFH);
enhanced Quality of Service (eQoS);
enhanced Synchron Connection Oriented (eSCO)
2.0 3 Mbit/s ja1 Enhanced Data Rate (EDR);
geringerer Energieverbrauch;
verbesserte Fehlerkorrektur
2.1 2,1 Mbit/s ja1 Secure Simple Pairing;
Funktionen für Near Field Communication (NFC)
1 bis zu Version 1.12 hybride Geräte
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Kommunikationsnetze Wintersemester 2019/20
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Bluetooth-Versionen (II)
Kommunikationsnetze -- 9. Mobilkommunikation (WS 2019/20) 49
Versionmax.
Datenrate (brutto)
Abwärts-kompatibilität
Verbesserungen
3.0 24 Mbit/s ja1 Enhanced Power Control;
zusätzl. Highspeed-Kanal auf Basis von WLAN (802.11g)
4.0 24 Mbit/s nein(Smart-Geräte)
ja1
(Smart-Ready-Geräte2)
Low Energy;
AES-Verschlüsselung (128 Bit);
Star-Bus-Topologie (höhere Anzahl von Netzknoten, Einsatz in Sensornetzen)
1 bis zu Version 1.12 hybride Geräte
Bluetooth Low Energy (BLE) und Bluetooth 5
Bluetooth Low Energy
▪ Anderer Name: Bluetooth Smart
▪ Nicht kompatibel zu früheren Bluetooth-Standards (Bluetooth Classic)
▪ Datenrate: 1 Mbit/s brutto, 0,27 Mbit/s für Anwendung
▪ 3 ms Zeit zum Senden von Daten
▪ Energieverbrauch 0,01 bis 0,5 W, je nach Nutzungsszenario
▪ Batterielaufzeit mehrere Monate bis Jahre
Bluetooth 5
▪ Verabschiedung: 06. Dezember 2016
▪ Fokus: Internet of Things
▪ 2017: Samsung Galaxy S8 mit Bluetooth 5
▪ Vierfache Reichweite (etwa 200 m) durch Erhöhung der maximalen Sendeleistung auf 100 mW, dann aber auch Fehlerkorrektur durch zusätzliche Redundanz
▪ Doppelte Übertragungsgeschwindigkeit: 2 Mbit/s
▪ Abwärtskompatibilität
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Kommunikationsnetze Wintersemester 2019/20
Prof. Jochen Seitz 26
Bluetooth vs. WLAN
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Standard Bluetooth Wireless LAN
Übertragungsrate (brutto) < 24 Mbit/s < 6900 Mbit/s
Übertragungsdistanz (ca.) 100 m 300 m
Anzahl unterstützter Geräte 8
(ab Version 4 Smart keine Begrenzung)
256
Sicherheitsmaßnahmen Hardwareebene Hardwareebene
Energieeffizienz ++ --
Usability ++ --
Literatur
▪ SAUTER, M.: Grundkurs mobile Kommunikationssysteme – UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN. 4. überarbeitete und aktualisierte Auflage. Wiesbaden: Vieweg + Teubner (Studium), 2011.
▪ SCHILLER, J.: Mobilkommunikation. 2. überarbeitete Auflage, München: Pearson-Studium, 2003.
▪ SEITZ, J. ; DEBES, M. ; HEUBACH, M. ; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und Datenkommunikation; Netze – Protokolle – Vermittlung. München, Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007.
▪ SIKORA, A.: Wireless Personal and Local Area Networks. Chichester: John Wiley & Sons, 2003.
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