Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok Németh Krisztián BME TMIT 2009. okt. 28.
A tárgy feléítése 1. Bevezetés 2. IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon 3. VoIP 4. Kacsolástechnika 5. Mobiltelefon-hálózatok 6. Forgalmi követelmények, hálózatméretezés 7. Jelátviteli követelmények, kodekek 8. Jelzésátvitel 9. Hálózati szolgáltatások (Henk Tamás) 10. Gerinchálózati technikák (Cinkler Tibor) 11. Távközlő rendszerek teleítése és üzemeltetése (Cinkler Tibor) 2
Mobil távközlő hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Első generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Műholdas mobil információközlő hálózatok Mobil, zárt célú hálózatok 3
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 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 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 4
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 5
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) Mindezt a kódosztás teszi lehetővé: azonos a frekvencia a szomszédos cellákban 6
UMTS átadási tíusok 1 2 Node B RNC 4 3 5 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 7
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 (!) 8
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. 9
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 10
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 14,4 Mb/s HSUPA (High Seed Ulink Packet Access, nagy sebességű csomagkacsolt feltöltési hozzáférés) akár 5,6 Mb/s Az UMTS része, annak részben továbbfejlesztése 3,5G néven is emlegetik Nem minden 3G kées mobil végberendezés tudja 11
HSPA Ma Magyarországon elérhető: letöltés max. 14 Mb/s feltöltés max. 1,44 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. 1-3 Mb/s letöltési sebesség mindez nem túl drágán, ráadásul mobil A következő léés: HSPA+ akár 42 Mb/s le, 22 Mb/s fel 2009 második felében több országban elkezdték bevezetni 12
Lefedettség: Pannon, EDGE, UMTS/HSDPA 13
Lefedettség: Pannon, UMTS/HSDPA 14
Lefedettség: T-Mobil, EDGE 15
Lefedettség: T-Mobil, UMTS/HSPA 16
Lefedettség: Vodafone, UMTS/HSDPA 17
A jövő: teljesen IP alaú UMTS gerinch. Jelenlegi UMTS gerinc: ATM Jövő: All IP core network: HSS Internet UE Node B SGSN GGSN MGW PSTN/ISDN R-SGW Teljesen IP alaú mobil h. GGSN Nem teljesen IP alaú mobil h. HSS: Home Subscriber Server (honos előfizetői szerver): HLR, VLR, stb. együtt R-SGW: Roaming-Signalling Gateway, barangolás-jelzés átjáró MGW: Media Gateway, médiaátjáró IP gerinc előnyei: IP gerinc hátrányai: több szolgáltatás újabb konverzió szükséges rugalmasabb olcsóbb megbízhatóság még nem magától értetődő 18
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 Teljesen átdolgozott rádiós hálózati rész Teljesen IP alaú gerinchálózat kicsit más éítőelemekből, mint az előző dián Jelenleg az első berendezések tesztjei zajlanak Nyilvános szolgáltatás 2010-2013 körül várható több szolgáltatónál 19
Mobil távközlő hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Első generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Műholdas mobil információközlő hálózatok Mobil, zárt célú hálózatok 20
Műholdas mobil információközlő hálózatok Bázisállomás a műholdon Előny: nagy földfelszíni lefedettség Hátrány: drága nagyobb késleltetés nagyobb teljesítmény 21
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 22
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 100-1000 km van Allen sugárzási övek elektromosan töltött részecskékből belső: 3200 km körül (roton) külső: 15.000-19.000 km körül (elektron) túl nagy magasság felesleges 23
Műholdályák 3 főbb műholdmagasság: LEO: Low Earth Orbit, alacsony magasságú álya 400-1500 km (a Földfelszínhez kéest) MEO: Medium Earth Orbit, közees magasságú álya 5000-13.000 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 35.785 km (kb.= 36.000 km) 24
A geostancionárius műholdálya (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 5,97 10 24 R kg, γ 6,67 10 11 Nm kg 2 2, ω 2π / 24 óra 7,27 10 5 1/ s, R 6378 km x 35800 km 25
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 26
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 27
Iridium Kézi készülékek, elsősorban beszédátvitelre Adatátvitel: 2,4 kb/s 66 db műhold eredetileg: 77 -- irídium, 66: diszrózium globális lefedettség 780 km: LEO 2000. 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. 28
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 2009. második felében lőnek fel (?) 29
Thuraya 2001- 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 30
Mobil távközlő hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Első generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Műholdas mobil információközlő hálózatok Mobil, zárt célú hálózatok 31
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 32
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. 380-400 MHz 2005. okt. 17. Az Egységes Digitális Rádiótávközlő Rendszer (EDR) tendert megnyeri a T-Com/T-Mobile (+EADS Secure Networks, Nokia Tetra jogutódja) 2006. december: működő országos hálózat 33