Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok

Átírás

1 Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok Németh Krisztián BME TMIT okt. 25.

2 A tárgy feléítése 1. Bevezetés 2. PSTN, ISDN hálózatok áttekintése 3. Kacsolástechnika 4. IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon 5. Mobiltelefon-hálózatok 6. VoIP, új generációs hálózatok 7. Jelátviteli követelmények, kodekek 8. Forgalmi követelmények, hálózatméretezés 9. Jelzésátvitel 10. Gerinchálózati technikák (Cinkler Tibor) 11. Távközlő rendszerek teleítése és üzemeltetése (Cinkler Tibor) 12. Hálózati szolgáltatások (Henk Tamás) 2

3 Mobil távközlő hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Első generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Műholdas mobil információközlő hálózatok Mobil, zárt célú hálózatok 3

4 Keverő kódolás Csak kvázi ortogonálisak egymásra, ugyanakkor önmaguk időbeli eltoltjára is kvázi ortogonálisak Fajtájuk ún. seudo-noise, ál-zaj kódok, nevük Gold kód Célja az adóberendezések megkülönböztetése. Adónként van egy ilyen kód lefele irány: cellák (azaz Node B-k) elkülönítése felfele irány: végberendezések elkülönítése Nem igényelnek szinkronizációt a források között Cserébe nem teljes az ortogonalitás: a vevő az egyik forrás jelének dekódolásakor a többi forrás jelét enyhe zajnak érzékeli A cella kaacitását itt az szabja meg, hogy meddig nem zavaró még ez a zaj a dekódolásban Ez nem egy fix korlát! A GSM FDMA/TDMA rendszerében a vivők/időrések száma fix korlátot adott 4

5 Keverő kódolás Az NOT(XOR(a,b)) szorzás itt bitenként történik: egy bit a kódolandó jelfolyamból, egy bit a kódból azaz nem történik sávkiterjesztés, a bemenet és a kimenet ugyanannyi bitből (amit itt már chinek nevezünk) áll A kódszavak hossza: Lefele: bit (10 msec-enként ismétlődik) Felfele: bit, vagy 256 bit. Ez utóbbi, ha a Node B seciális vevővel rendelkezik (ún. rake vevő) 5

6 Összefoglalás csatornázási kód keverőkód cél kódhossz kiterjesztés forráson belüli adatfolyamok elkülönítése chi (felfele), chi (lefele) van, növeli az adási sávszélességet források elkülönítése vagy 256 chi (fel), chi (le) nincs ortogonalitás tökéletes nem tökéletes szinkronizáció szükséges nem szükséges 6

7 Az UMTS hálózat CS RNS VLR MSC GMSC Node B RNC HLR USIM UE Node B PS UE: User Equiment USIM: UMTS SIM Node B: mint a bázisállomás GSM-ben RNC: Radio Network Controller, Rádiós hálózati vezérlő (mint a bázisállomás-vezérlő GSM-ben) RNS: Radio Network Subsystem, Rádiós hálózati alrendszer MSC, HLR, VLR: mint GSM-ben Node B GMSC: Gateway MSC: MSC és egyben átjáró más hálózatok felé (l. ISDN) CS: Circuit Switched, áramkörkacsolt alrendszer SGSN: Serving GPRS Suort Node, csomagkacsolást végez GGSN: Gateway GPRS Suort Node, csomagkacsolást végez és egyben átjáró más hálózatok felé (l. Internet) PS: Packet Switched, csomagkacsolt alrendszer RNC SGSN GGSN 7

8 Hívásátadás áramkörkacsolt esetben GSM: kemény hívásátadás (hard handover) egyik illanatban egyik bázisállomással kommunikál a mobil állomás, kisvártatva a másikkal az átadás olyan gyors, amilyen gyors csak lehet cellaváltás hiszterézissel: egy cellahatáron kószáló mobil esetében se legyen sok felesleges átadás 8

9 UMTS uha átadás UMTS: uha átadás (soft handover) egyszerre több bázisállomással tart fenn kacsolatot max. 3-mal egy időben a le irányú adatot minden bázisállomás sugározza (ugyanazt), a mobil így többször is megkaja az egyik adótól érkezett és esetlegesen elveszett információ így más forrásból ótolható a fel irányú adatot minden bázisállomás veszi (ugyanazt) a hálózat összerakja a különböző bázisok által vett adatot, így egy esetleges adatvesztés az egyik cellában könnyen korrigálható a többiben vett adatokkal ez az állaot viszonylag sokáig is tarthat Azért is fontos a redundancia, mert é a cella legszélén vagyunk, ilyenkor a legrosszabb a vétel igaz, ez némi sávszélesség-azarlással jár (redundáns adás lefele irányba) Mindezt a kódosztás teszi lehetővé: azonos a frekvencia a szomszédos cellákban 9

10 UMTS átadási tíusok 1 2 Node B RNC Node B Node B Node B RNC RNC 3G MSC 3G MSC 1. Node B-n belül, szektorok (cellák) között (intra-node B) 2. Inter-Node B, Intra-RNC 3. Inter-RNC, Intra-MSC 4. Inter-MSC 5. 3G 2G uha vagy kemény csak kemény BSC 2G MSC (2G 3G nem olyan kritikus) BTS 10

11 UMTS teljesítményszabályozás Nem tökéletes az alkalmazott keverő kód ortogonalitása Emiatt más egy adott mobil eszköz jelét figyelve a bázisállomáson a többi mobil jele zajként jelentkezik Ezért az kell, hogy minden mobil jele kb. egyforma teljesítménnyel érkezzen a Node B-hez különben az erősebb jel elnyomja az összes gyengébbet Megoldás: Node B felszólítja a mobil eszközt a teljesítmény növelésére/csökkentésére 1500/sec gyakorisággal(!) Különben l. egy éület mögül előbukkanó, eddig erősen adó eszköz tönkretenné az egész cella kommunikációját GSM-ben is van ilyen: tele kímélésére, élettani kockázat csökkentésére más, távoli de azonos frekin üzemelő cellákkal való interferencia elkerülésére 2/sec gyakorisággal (!) 11

12 Teljesítményszabályozás uha átadásnál A mobil eszköz a uha átadásban lévő Node B-ktől különböző arancsokat kahat: teljesítmény csökkentése /szinten tartása /növelése Mit tegyünk?? Az alkalmazott szabály: Ha bárki csökkentésre utasítja, csökkent Amúgy, ha bárki szinten tartásra utasítja, szinten tart Amúgy növel Az ötlet: minimális teljesítménnyel adni, hogy ne tegyük egy cellában sem tönkre a kommunikációt. Viszont a fenti algoritmusból következik, hogy legalább egy cellában a teljesítmény elégséges lesz. 12

13 UMTS cellalégzés Több felhasználó egy cellában nagyobb háttérzaj hisz nem tökéletesen ortogonálisak a keverő kódok kisebb cella használható csak effektíven a távol lévő állomások kirekesztődnek a cella mérete változik a forgalomtól függően a cella lélegzik megnehezíti a cellatervezést 13

14 HSPA HSPA (High-Seed Packet Access, nagy sebességű csomagkacsolt hozzáférés) UMTS továbbfejlesztése nagyobb adatsebességek felé 2 rotokoll közös neve: HSDPA (High Seed Downlink Packet Access, nagy sebességű csomagkacsolt letöltési hozzáférés) akár 14 Mb/s HSUPA (High Seed Ulink Packet Access, nagy sebességű csomagkacsolt feltöltési hozzáférés) akár 5,76 Mb/s Az UMTS része, annak részben továbbfejlesztése 3,5G néven is emlegetik Nem minden 3G kées mobil végberendezés tudja 14

15 HSPA A következő léés: HSPA+ elvi max 42 Mb/s le, 22 Mb/s fel Ezt követi majd az LTE (Long Term Evolution) Ma Magyarországon nagy területen elérhető: letöltés max. 14 Mb/s feltöltés max. kb 2 Mb/s 14 Mb/s csak kevés helyen (a végberendezésnek is tudnia kell) amúgy 7,2 Mb/s vagy alacsonyabb (3,6) a max. sebesség a gyakorlatban tiikus a max. 1-6 Mb/s letöltési sebesség mindez nem túl drágán, ráadásul mobil ajánlott olvasmány: htt://index.hu/tech/3gtura3/ T-Mobile: HSPA+ néhány helyen friss hír: szet. 28. ár kerület, ár kisebb teleülés elvi max: 21 Mb/s le gyakorlatban: Mb/s le, 2,5-3 Mb/s fel Elsősorban teszt célra, de ügyfelek számára is elérhető Vodafone HSPA+ teszt: 2010 február óta csak a belváros egy kis részén 15

16 Lefedettség: Telenor: EDGE 16

17 Lefedettség: Telenor: UMTS/HSDPA 17

18 Lefedettség: Telenor: EDGE, UMTS/HSDPA 18

19 Lefedettség: Telenor: UMTS/HSDPA 19

20 Lefedettség: T-Mobile, GSM sötét: beltéri lefedettség, világos: kültéri lefedettség, fehér: nincs lefedettség 20

21 Lefedettség: T-Mobile, EDGE 21

22 Lefedettség: T-Mobile, UMTS/HSPA 22

23 Lefedettség: Vodafone, GSM 23

24 Lefedettség: Vodafone, UMTS 24

25 A közeljövő: teljesen IP alaú UMTS gerinch. Jelenlegi UMTS gerinc: ATM Jövő: All IP core network: HSS Internet UE Node B SGSN GGSN IMS Teljesen IP alaú mobil h. GGSN PSTN/ISDN/ Nem teljesen IP alaú mobil h. HSS: Home Subscriber Server (honos előfizetői szerver): HLR, VLR, stb. együtt IMS: IP Multimedia Subsystem (IP multimédia alrendszer) alkalmazásszerverek l. MMS, video on demand, konferenciabeszélgetés, stb. átjáró más hálózatok felé adatformátum konverziók jelzések konverziója 25

26 LTE A következő léés: LTE (Long Term Evolution, hosszú távú fejlődés ) Ez lesz a 4G Friss szabvány Letöltés akár 100 Mb/s, feltöltés akár 50 Mb/s (szabvány szerinti max: 326/86 Mb/s, 20 MHz-es tartományt használva) Késleltetés 5 ms alatt Teljesen átdolgozott rádiós hálózati rész OFDM moduláció, több antenna egy eszközben (MIMO) Teljesen IP alaú gerinchálózat kicsit más éítőelemekből, mint az előző dián Jelenleg az első berendezések tesztjei zajlanak Nyilvános szolgáltatás körül várható több szolgáltatónál 26

28 Műholdas mobil információközlő hálózatok Bázisállomás a műholdon Előny: nagy földfelszíni lefedettség Hátrány: drága nagyobb késleltetés nagyobb teljesítmény 28

29 Műholdas mobil inf.közlő hálózatok Hálózattíusok: SzgH és TH is Hálózatrészek Gerinchálózat rögzített állomások, nagy sebesség Hozzáférési hálózat mozgó állomások, kisebb sebesség ezt nézzük most 29

30 Műholdályák Pálya alakja: kör elliszis (egyik gyújtóontban a Föld) Pályamagasság elvileg bármi azonban: légkörön kívül kell: az fékezne nem hirtelen ér véget, nehéz meghatározni a tetejét (edig ez jogilag is érdekes lehet) kb km van Allen sugárzási övek elektromosan töltött részecskékből belső: 3200 km körül (roton) külső: km körül (elektron) túl nagy magasság felesleges 30

31 Műholdályák 3 főbb műholdmagasság: LEO: Low Earth Orbit, alacsony magasságú álya km (a Földfelszínhez kéest) MEO: Medium Earth Orbit, közees magasságú álya km GEO: Geostationary Earth Orbit, geostacionárius álya egyenlítő felett, csak egy ilyen álya! a műhold szögsebessége egyezik a Föld forgási sebességével: mindig az egyenlítő ugyanazon ontja felett látszik km (kb.= km) 31

32 A geostancionáriusműholdálya (kiegészítés) G = m a (Newton II. törvénye) a = a G = c mm 2 r 2 v = r γ (centrietális gyorsulás egyenletes körmozgásnál) (gravitációs erő) x r M R G m v = r ω (sebesség, szögsebesség) x = r R (x: Föld feletti magasság, R: Föld sugara) Mγ x = 3 2 ω M 5, R kg, γ 6, Nm kg 2 2, ω 2π / 24 óra 7, / s, R 6378 km x km 32

33 Műholdályák Magasabb ályák előnyei: kevesebb műhold elég Magasabb ályák hátrányai: nagyobb késleltetés nagyobb csillaítás, nagyobb teljesítmény kell GEO ezeken felül: nem kell antenna követés nincs műholdváltás de: sarkok nem fedhetőek le 33

34 Inmarsat International Maritime Satellite Telecommunication, nemzetközi tengerészeti műholdas rendszer 1979 óta később szárazföldi is 4 db GEO műhold, globális lefedés Különféle végberendezések, de általában nem kézben hordozhatóak Beszédátvitel Adatátvitel: max. 492 kb/s 34

35 Iridium Kézi készülékek, elsősorban beszédátvitelre Adatátvitel: 2,4 kb/s 66 db műhold eredetileg: irídium, 66: diszrózium globális lefedettség 780 km: LEO március (másfél év után): csőd földi hálózatok túl gyorsan fejlődtek, rossz marketing egy év után, Pentagon segítségével újra üzemben Rádiócsillagászatot zavarja OH molekulák emissziós frekvenciája melletti fr. 35

36 Kézi készülékek, elsősorban beszédátvitelre Adatátvitel: 9,6 kb/s 48 műhold 1414 km -- LEO A kézi készülékek ha lehet, földi rendszert (l. GSM) használnak ha nem, akkor a műholdast Nincs műhold-műhold kacsolat: Globalstar Iridium Jelenleg gyengélkedik a műholdak egy része, újat várhatóan második felében lőnek fel (?) 36

37 Thuraya GSM/műholdás átkacsolás Kézi készülékek, elsősorban beszédátvitelre Adatátvitel: 9,6 kb/s, max 144 kbs -- csomagkacsolt 1 db GEO műhold!!! közont: Egyesült Arab Emirátusok 99 országot fed le 37

39 Mobil, zárt célú hálózatok Készenléti szolgálatok részére: tűzoltók, rendőrség, mentők, katasztrófavédelem, stb. (Részben rofesszionális olgári alkalmazások, l. szállítmányozás) Megnövelt igények a GSM-mel szemben: kisebb hívásblokkolás hívásrioritások (fontos hívások megszakíthatják a kevésbé fontosakat) diszécserszolgáltatás csoorthívás (automatikus fogadás és kihangosítás) nagy megbízhatóság nagy adatbiztonság 39

40 Mobil, zárt célú hálózatok Hazánkban is alkalmazott megoldás: TETRA (Terrestrial Enchanced Trunked Radio, földfelszíni emelt szintű trönkölt rádió): A Motorola és a Nokia megoldása. Ez bizonyult a legjobbnak MHz okt. 17. Az Egységes Digitális Rádiótávközlő Rendszer (EDR) tendert megnyeri a T-Com/T-Mobile (+EADS Secure Networks, Nokia Tetra jogutódja) december: működő országos hálózat 40