Kommunikationsdienste und -netze
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Herkömmliche Datendienste in GSM Protokolle und Dienste der Mobilkommunikation GSM wurde eigentlich für die mobile Telefonie entwickelt, daher sind nur sehr geringe Datenraten vorgesehen. Derzeit Übertragung mit lediglich 9,6 kbit/s möglich Fortgeschrittene Kanalcodierung erlaubt 14,4 kbit/s zu wenig für Internet- und MultimediaAnwendungen Kapitel 4: Datendienste in GSM PuDiMk - GSM-Datendienste High-Speed Circuit Switched Data HSCSD GPRS – Übersicht HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data) GPRS (General Packet Radio Service) bereits standardisiert Zusammenfassung mehrerer Zeitkanäle für höhere AIUR (Air Interface User Rate), z.B. 57,6 kbit/s bei 4 Slots zu 14,4 Vorteil: schneller verfügbar, kontinuierliche Qualität, einfacher Nachteil: diese Kanäle sind dann für Sprache blockiert AIUR [kbit/s] 4.8 9.6 14.4 19.2 28.8 38.4 43.2 57.6 TCH/F: Traffic Channel / Full Rate TCH/F4.8 1 2 3 4 TCH/F9.6 TCH/F14.4 1 1 2 3 4 114 paketorientierte Vermittlung Belegung der Zeitschlitze nur wenn Daten vorhanden (z.B. 115 kbit/s bei kurzfristiger Belegung von 8 slots) Standardisierung 98, (schleppende) Einführung 2000 Vorteil: Schritt in Richtung UMTS, flexibler Nachteil: mehr Investitionen 2 3 4 PuDiMk - GSM-Datendienste 115 PuDiMk - GSM-Datendienste 116 1 GPRS – Architektur und Schnittstellen GPRS – Netzelemente GSN (GPRS Support Nodes): GGSN and SGSN GGSN (Gateway GSN) SGSN Gn Umsetzung zwischen GPRS und PDN (Packet Data Network) SGSN (Serving GSN) BSS MS Unterstützung der MS (Lokation, Abrechnung, Sicherheit) Um PuDiMk - GSM-Datendienste 117 Verbindungslose Variante (PTP-CLNS), z.B. für IP Verbindungsorientierte Variante (PTP-CONS), z.B. für X.25 Für später auch Punkt-zu-Mehrpunkt-Trägerdienst (PTM) geplant Multicast-Variante PTM-M innerhalb eines bestimmten geographischen Gebiets unter Angabe eines speziellen Group Identifiers Gruppenruf PTM-G für spezielle Teilnehmergruppe ohne Berücksichtigung geographischer Gebiete Variante für IP-Multicasting PuDiMk - GSM-Datendienste EIR PuDiMk - GSM-Datendienste 118 GPRS – Dienstgüte Momentan nur Punkt-zu-Punkt-Trägerdienst (PTP) spezifiziert Gi HLR/ GR MSC GPRS – Trägerdienste Gn Benutzeradressen VLR PDN GGSN Gb GR (GPRS Register) SGSN Zuverlässigkeitsklasse Wahrscheinlichkeit für Paketverlust 1 2 3 10-9 10-4 10-2 Verzögerungsklasse 1 2 3 4 119 Wahrscheinlichkeit für dupliziertes Paket 10-9 10-5 10-5 128 Byte Paket Mittlere Verzögerung < 0.5 s <5s < 50 s Wahrscheinlichkeit für falsche Reihenfolge 10-9 10-5 10-5 1024 Byte Paket 95% Mittlere Percentil Verzögerung < 1.5 s <2s < 25 s < 15 s < 250 s < 75 s Keine Angabe (―best Effort‖) PuDiMk - GSM-Datendienste Wahrscheinlichkeit für Paketverfälschung 10-9 10-6 10-2 95% Percentil <7s < 75 s < 375 s 120 2 GPRS – Paket- und durchschaltevermittelte Dienste GPRS – Session Management Drei Klassen von Mobilstationen Klasse A: simultane Nutzung von GPRS- und durchschaltevermittelte GSM-Dienste Klasse B: Anmeldung und simultane Überwachung von GPRS- und GSM-Diensten, zur Nutzdatenübertragung kann jedoch nur eine Dienstmenge genutzt werden Klasse C: Ausschließlich GPRS oder GSM, mit der Ausnahme von SMS PuDiMk - GSM-Datendienste SGSN PDP-Typ (z.B. IPv4) PDP-Adresse der MS (z.B. 129.187.222.10) Gewünschte Dienstgüte (QoS Class) Adresse des GGSN, der als Zugangspunkt zum externen Netz Netz dient 121 GPRS – Aktivierung des PDPKontexts MS Zunächst Einbuchen in GPRS-Netz, d.h. Anmeldung bei SGSN (GPRS-Attach), worauf die Mobilstation eine Packet Temporary Mobile Subscriber Identity P-TMSI zugewiesen bekommt Dann Zuweisung einer Packet Data Protocol Address (PDP-Adresse), z.B. IP-Adresse Erzeugung eines PDP-Kontexts in MS, SGSN, GGSN: PuDiMk - GSM-Datendienste 122 GPRS – Location Management Hauptaufgabe: Kennen des aktuellen Aufenthaltsortes eines mobilen Teilnehmers regelmäßige Location Update Meldungen an den SGSN spezielles Zustandsmodell: GGSN Sicherheitsfunktionen IDLE GPRS Detach GPRS Attach Standby Timer abgelaufen READY Ready Timer abgelaufen oder Force to Standby Übertragung eines Pakets STANDBY PuDiMk - GSM-Datendienste 123 PuDiMk - GSM-Datendienste 124 3 GPRS – Intra-SGSN Routing Area Update MS BSS GPRS – Inter-SGSN Routing Area Update MS SGSN BSS Neues SGSN Altes SGSN GGSN HLR MSC/VLR Sicherheitsfunktionen Sicherheitsfunktionen PuDiMk - GSM-Datendienste 125 PuDiMk - GSM-Datendienste GPRS – Datenfluss und Segmentierung GPRS Protokollarchitektur MS BSS Um SGSN Gb Gn GGSN Header Gi Nutzdaten ... Anwend. IP/X.25 MAC RLC MAC Funk Funk BSSGP FR GTP UDP/TCP UDP/TCP BSSGP IP IP FR L1/L2 L1/L2 Header Segment Segment ... Header PuDiMk - GSM-Datendienste IP-Paket Segment SNDCPSchicht GTP LLC SNDCP LLC RLC Segment IP/X.25 SNDCP 126 127 FCS LLC-Rahmen LLC-Schicht Segment Segment BCS RLC/MACBlock PuDiMk - GSM-Datendienste RLC/MACSchicht 128 4 GPRS – Routing und Adresskonvertierung (I) 2.) Konvertierung aus PDP-Kontext: TID TLLI + NSAPI (+CI) 1.) Konvertierung der IP-Adresse aus PDP-Kontext: IP-Destination TID+SGSN-Adresse SGSN SGSN SNDCP (TLLI, NSAPI, IP-Paket) BSC GTP (SGSN-Adresse, TID, IP-Paket) 2.) Konvertierung aus PDP-Kontext: TLLI + NSAPI TID + GGSN SGSN SGSN GGSN IP-Paket (IP Source, IP Destination) IP-Paket GPRS – Routing und Adresskonvertierung (II) BSC IP-Paket (IP Source, IP Destination) 129 GGSN SNDCP (TLLI, NSAPI, IP-Paket) Internet PuDiMk - GSM-Datendienste 1.) Konvertierung der IPQuelladresse aus PDPKontext: IP Source TLLI + NSAPI Internet IP-Paket PuDiMk - GSM-Datendienste 130 GPRS – Klassifikation logischer Kanäle GPRS – Luftschnittstelle GPRS verwendet die in GSM definierte FDMA/TDMAKombination mit 8 Zeitschlitzen pro TDMA-Rahmen GPRS unterstützt eine wesentliche flexiblere Kanalzuteilung – Multislot-Operation und separate Zuweisung von Up- und Downlink (asymmetrisches Verkehrsaufkommen) Verfügbare physikalische Kanäle werden den beiden Verkehrsarten dynamisch zugewiesen (Capacity on demand) Mehrere Teilnehmer können sich einen physikalische Kanal teilen, der für GPRS-Verkehr vorgesehen wurde PuDiMk - GSM-Datendienste GTP ( GGSN-Adresse, TID, IP-Paket) Gruppe Kanal Funktion Richtung Verkehrskanäle Packet Data Traffic Channel PDTCH Packet Data Traffic MS BSS Signalisierungskanäle Packet Broadcast Control Channel PBCCH Packet Broadcast Control MS BSS Packet Common Control Channel (PCCCH) PRACH Packet Random Access MS BSS PAGCH Packet Access Grant MS BSS PPCH Packet Paging MS BSS PNCH Packet Notification MS BSS PACCH Packet Associated Control MS BSS PTCCH Packet Timing Advance Control MS BSS Packet Dedicated Control Channels 131 PuDiMk - GSM-Datendienste 132 5 WAP - Wireless Application Protocol Interworking mit IP-Netzen Ziele Intra-PLMN GPRS Backbone Gn Gn DNS DNS SGSN GGSN Gi GPRS-internes IP-Netz Firewall Internet Plattformen Router WAP-Forum, mitgegründet von u.a. Ericsson, Motorola, Nokia, Unwired Planet Informationen unter http://www.wapforum.org 133 WAP Standardisierungsinhalte PuDiMk - GSM-Datendienste Internet „Micro-Browser‖, ähnlich der bekannten Browser vom Internet HTML, Java Script-Sprache ähnlich zu Java-Script, angepasst an das mobile Umfeld HTTP TR-SAP SEC-SAP SSL/TLS Transport-, Sicherheits- und Sitzungsschicht Security Layer (WTLS) T-SAP Arbeitsgruppen Weitere Dienste und Anwendungen Transaction Layer (WTP) z.B. Visitenkarten (vCard), Kalenderereignisse (vCalender) Protokollstapel WAP Session Layer (WSP) Wireless Telephony Application (Interface): Zugriff auf Telefonfunktionalitäten Inhaltsformate A-SAP Application Layer (WAE) S-SAP WTA/WTAI 134 WAP 1.x – Schichtenarchitektur und Protokolle Browser beispielsweise GSM (900, 1800, 1900), CDMA IS-95, TDMA IS-136, Systeme der 3. Generation wie IMT-2000, UMTS, W-CDMA Forum PuDiMk - GSM-Datendienste Internet-Inhalte und erweiterte Dienste sollen zu mobilen Endgeräten (Telefone, PDA, ...) geliefert werden Unabhängigkeit von Standards drahtloser Netze offen für alle, Vorschläge („weltweite Protokollspezifikation‖) werden Standardisierungsgremien vorgelegt Anwendungen sollen über aktuelle Transportmedien, Gerätetypen hinweg skalieren und auch auf zukünftige Entwicklungen anwendbar sein TCP/IP, UDP/IP, Medien WAP Architecture Working Group, WAP Wireless Protocol Working Group, WAP Wireless Security Working Group, WAP Wireless Application Working Group Transport Layer (WDP) WCMP Trägerdienste (GSM, Cellular Digital Packet Data, ...) WAE beinhaltet z.B. WML (Wireless Markup Language), WML Script, WTAI PuDiMk - GSM-Datendienste 135 PuDiMk - GSM-Datendienste 136 6 Wireless Application Environment: logisches Modell WAP - Netzwerkelemente Festnetz WML HTML Internet HTML Mobilnetz Filter HTML Web Server Ursprungs-Server Binary WML WAP Proxy Gateway Antwort mit Inhalt web server WML HTML Filter/ WAP Proxy WTA Server Binary WML andere server push Inhalt PuDiMk - GSM-Datendienste Binary WML: Binäres Datenformat 137 für Klienten Andere Telefonnetze WTA-Server WMLStapel Gesichertes Netz des Betreibers Weitere Server Drittanbieter Server Mobiles Netz Codierer & Decodierer kodierte Anfrage WML user agent andere WAE user agents 138 Voice box - Beispiel WTA-User-Agent Client WTA-Gateway WTA-Server Mobilnetz Sprachbox Anzeige einer neuen Sprachnachricht Erzeuge neuen Inhalt WTAUser-Agent Service Indication Anzeige; Nutzerwahl WSP Get Binary WML Anzeige; Nutzerwahl WSP Get Gerätespez. Funktionen Binary WML Warte auf Ruf Akzeptiere Ruf Firewall Push URL HTTP Get WML Antworte mit Inhalt HTTP Get Antworte mit Karte für Ruf Spiele angefragte Sprachnachricht ab Verbindungsaufbau Verbindungsaufbau Verbindungsaufbau WML Rufannahme Sprachverbindung PuDiMk - GSM-Datendienste WTA user agent PuDiMk - GSM-Datendienste Repository WTA-Gateway WTADienste kodierter push Inhalt Anfrage Wireless Telephony Application: logische Architektur WTA & WML server kodierte Antwort mit Inhalt Binary WML Telefonnetz WMLSkripte Kodierer & Dekodierer Client 139 PuDiMk - GSM-Datendienste Rufannahme 140 7 Beispiele für WAP 1.xProtokollstapel WAE user agent WAP 2.0 (Juli 2001) WAP-Standardisierung WAE Neu für Entwickler XHTML TCP mit „Wireless Profile― HTTP außerhalb WAP transaktionsbasierte Anwendungen WSP WTP Neue Anwendungen datagrammbasierte Anwendungen WTP WTLS WTLS Farbgrafik Animation Laden großer Dateien Ortsabhängige Dienste Synchronisation mit PIMs Pop-up/kontextsensitive Menüs WTLS UDP WDP UDP WDP UDP WDP IP non IP IP non IP IP non IP (GPRS, ...) (SMS, ...) (GPRS, ...) (SMS, ...) (GPRS, ...) (SMS, ...) typische WAPAnwendung mit komplettem Protokollstapel Ziel: Integration von WWW, Internet, WAP, i-mode Reine Datenanwendungen evtl. ohne zusätzlich benötigte Sicherheit PuDiMk - GSM-Datendienste 141 PuDiMk - GSM-Datendienste Sicherheitsdienste Multimedia Messaging (Email) Inhaltsformate Externe Dienste EFI KryptoBibliotheken WAE/WTA User Agent (WML, XHTML) Push PKI Gesicherte Träger CSD IPv6 USSD SMS PuDiMk - GSM-Datendienste Streaming Verbindungen (TCP mit wireless profile) Datagramme (WDP, UDP) IPv4 MMS Nachrichten Synchronisation Hypermedia Transfer (WTP+WSP, HTTP) Gesicherter Transport Cookies Sitzung Service Lookup Push OTA Transfer Identifikation Transport Navigation Discovery Capability Negotiation GUTS FLEX MPAK ... ... Träger Provisioning Authentisierung Protokollrahmenwerk Dienstelokalisierung WAP 2.0 Protokollstapel Anwendungsrahmenwerk WAP 2.0 Architektur 142 WAP-Gerät WAE WSP WTP WTLS WDP Träger WAP-Gateway Web-Server WAE WSP WTP WTLS WDP Träger HTTP HTTP TLS TCP IP TLS TCP IP WAP 1.x Server/Gateway/Client WAP-Gerät WAE HTTP TLS TCP‘ IP WAP-Proxy TCP‘ IP WAP-Gerät WAE HTTP TCP‘ IP HTTP TCP‘ IP HTTP TCP IP Web-Server WAE HTTP TCP IP WAP HTTP Proxy mit angepasstem TCP Web-Server WAE HTTP TLS TCP IP TCP IP WAP-Gerät WAE HTTP TCP‘ IP WAP Proxy mit TLS-Tunneling 143 WAP-Proxy PuDiMk - GSM-Datendienste Web-Server IP-Router IP IP WAE HTTP TCP IP WAP Direkter Zugriff 144 8 i-mode – vor allem ein Geschäftsmodell! Literatur EBERSPÄCHER, J.; VÖGEL, H.J.; BETTSTETTER, C.: GSM – Global System for Mobile Communication, 3. Auflage, B.G. Teubner, Stuttgart, 2000, ISBN 3—519—26192—8. ROTH, J.: Mobile Computing – Grundlagen, Technik, Konzepte – dpunkt-Verlag, Heidelberg, 2002, ISBN 3— 89864—165—1. SCHILLER, J.: Mobilkommunikation, Addison-Wesley, 2001, ISBN 3—8273—1578—6. (Vielen Dank für die Überlassung der Folien) WALKE, B.: Mobilfunknetze und ihre Protokolle 1, 3. Auflage, B.G. Teubner, Stuttgart, 2001, ISBN 3—519— 26430—7. Zugang zu Internet-Diensten in Japan/NTT DoCoMo Dienste Sehr großer Erfolg, über 30 Mio. Nutzer Email, Kurznachrichten, Web, Austausch von Bildern, Horoskope, ... Für viele ist dies ein PC-Ersatz, PC-Dichte in Japan „relativ― niedrig Ermöglichte für viele ersten Internet-Kontakt Sehr einfach und bequem in der Handhabung Technik 9,6 kbit/s (Erweiterungen bis zu 28,8 kbit/s), paketorientiert (PDC-P) Compact HTML plus proprietäre tags, spezielle Transportschicht (stop&go, ARQ, push, verbindungsorientiert) Mobiles Endgerät Mobilnetz cHTML + tags HTTP(S) TL TL PDC-P PDC-P TCP IP L2 L1 Gateway TCP IP L2 L1 PuDiMk - GSM-Datendienste TCP IP L2 L1 Inhalteanbieter cHTML + tags HTTP(S) TCP IP L2 L1 145 PuDiMk - GSM-Datendienste 146 9
