Untersuchungen zu Traffic Engineering im UMTS Core-Network

Schober, Martin

Untersuchungen zu Traffic Engineering im UMTS Core-Network

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Neben einer generellen Darstellung der Mobilfunksysteme GSM, GPRS und UMTS, beschäftigt sich diese Diplomarbeit in erster Linie mit der Dimensionierung einzelner Links im UMTS Core-Netzwerk.
Als Einführung in die vorliegende Untersuchung dient die Darstellung der mathematischen Grundlagen, wie Pareto-Verteilung und Markov'sche Ketten, das Kapitel Simulationsgrundlagen, in dem eine kurze Übersicht über die einzelnen Warteschlangensysteme und deren Abarbeitungsstrategien gegeben wird, sowie die Erklärung der Erlang-Formeln anhand von Beispielen.
Das verwendete Simulationstool, der NS-Simulator der UNIVERSITÄT VON BERKELY/Kalifornien, wird ebenso kurz erläutert, wie die Skriptsprache des Simulators, Tcl/Tk (Tool Command Language/Tool Kit).
Den wesentlichen Teil dieser Arbeit bildet die analytische Dimensionierung von paketorientierten Verbindungen im UMTS Core-Netzwerk mittels der Erlang C-Formel. Anschließend erfolgte die Verifizierung durch Simulationen inklusive der graphischen Darstellung der Ergebnisse.

Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Informationeni
Schlagwörteri
Eidesstattliche Erklärungii
Danksagungiii
Kurzfassungiv
Abstractv
Inhaltsverzeichnisvi
Abbildungsverzeichnisix
Tabellenverzeichnisxi
1.Einleitung1
2.Mobilfunknetze3
2.1GSM (Global System for Mobile Communications)3
2.1.1Architektur von GSM5
2.1.1.1Funkteilsystem RSS (Radio Subsystem)6
2.1.1.2Vermittlungsteilsystem NSS (Network and Switching Subsystem)7
2.1.1.3Betreiberteilsystem OSS (Operating Subsystem)9
2.1.2Verwendete Protokolle im GSM-Netz11
2.1.2.1Funktionsbeschreibung der einzelnen Protokolle11
2.1.2.2Physikalische Transportkanäle13
2.2GPRS (General Packet Radio Service)14
2.2.1Architektur von GPRS17
2.2.1.1Beschreibung der einzelnen Schnittstellen18
2.2.1.2Beschreibung der einzelnen Netzwerk-Entitäten20
2.2.2Verwendete Protokolle im GPRS-Netz27
2.2.2.1Übersicht28
2.2.2.2Erklärung der Protokolle im GPRS-Netz30
2.3UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)32
2.3.1Blockdiagramm UMTS Architektur33
2.3.2Architektur von UMTS Release 4/534
2.3.2.1Beschreibung der Schnittstellen35
2.3.2.2Beschreibung der Netzwerk-Entitäten37
2.3.3Verwendete Protokolle im UMTS-Netz45
2.3.3.1Übersicht46
2.3.3.2Erklärung der Protokolle im UMTS-Netz46
3.Mathematische Grundlagen zur Verkehrsmodellierung49
3.1Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung49
3.1.1Additionssatz51
3.1.2Multiplikationssatz52
3.1.3Entgegengesetzte […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

ID 6528

Schober, Martin: Untersuchungen zu Traffic Engineering im UMTS Core-Network

Druck Diplomica GmbH, Hamburg, 2003

Zugl.: Fachhochschule Salzburg, Diplomarbeit, 2001

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http://www.diplom.de, Hamburg 2003

Printed in Germany

Danksagung

ANKSAGUNG

Ich möchte an dieser Stelle all jenen danken, die mich seit meiner Entschei-

dung, die Matura an der Abendschule nachzuholen, um anschließend ein

Studium an der Fachhochschule für Telekommunikationstechnik und

systeme in Salzburg zu absolvieren, unterstützt haben. Ein besonderer Dank

gilt vor allem Sabine und meinen Eltern, die es mir damals erst ermöglich-

ten, einen solchen Weg einzuschlagen.

Eine wesentliche Hilfe für das Gelingen dieser Arbeit wurde mir durch mei-

nem FH-Betreuer, Herrn Dipl. Ing. Michael Singer, zu teil, der mein Interesse

zu dieser Thematik wesentlich beeinflußte, und mir vor allem auch bei der

Beschaffung eines Praktikumsplatzes bei der Siemens Austria AG sehr ge-

holfen hat. Auch für die vielen konstruktiven Gespräche und Diskussionen

rund um dieses Thema - die mir einen immer tieferen Einblick in die Welt

des Mobilfunks gegeben haben - ein herzliches Dankeschön.

Seitens der Siemens Austria AG möchte ich mich bei meinen Kollegen, Herrn

Ing. Gerhard Alferi, Kurt Linduska, Peter Pregler und Ing. Christian Polzer

bedanken, die mich nicht nur immer wieder motivierten, sondern mir auch

stets mit Rat und Tat bei schwierigen Problemen zur Seite gestanden sind.

Auch Herrn Dr. Hermann Brand, der für mich immer ein offenes Ohr hatte

und mir in der Endphase dieser Arbeit geholfen hat, möchte ich meinen

Dank aussprechen.

An meinen Lektor Edgar Rosenmayer, der mit interessanten Verbesserungs-

vorschlägen seinen Teil zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat, ein herz-

liches Dankeschön

Zuletzt möchte ich mich bei meiner Freundin Birgit, die mir während meines

Studiums immer eine Stütze war und vor allem während der sehr zeitinten-

siven und schwierigen Phase der Diplomarbeit sehr viel Verständnis auf-

brachte, bedanken.

Kurzfassung

URZFASSUNG

Neben einer generellen Darstellung der Mobilfunksysteme GSM, GPRS und

UMTS, beschäftigt sich diese Diplomarbeit in erster Linie mit der Dimensio-

nierung einzelner Links im UMTS Core-Netzwerk.

Als Einführung in die vorliegende Untersuchung dient die Darstellung der

mathematischen Grundlagen, wie Pareto-Verteilung und Markov'sche Ket-

ten, das Kapitel Simulationsgrundlagen, in dem eine kurze Übersicht über

die einzelnen Warteschlangensysteme und deren Abarbeitungsstrategien ge-

geben wird, sowie die Erklärung der Erlang-Formeln anhand von Beispielen.

Das verwendete Simulationstool, der NS-Simulator der

N I V E R S I T Ä T V O N

E R K E L Y

/Kalifornien, wird ebenso kurz erläutert, wie die Skriptsprache des

Simulators, Tcl/Tk (Tool Command Language/Tool Kit).

Den wesentlichen Teil dieser Arbeit bildet die analytische Dimensionierung

von paketorientierten Verbindungen im UMTS Core-Netzwerk mittels der Er-

lang C-Formel. Anschließend erfolgte die Verifizierung durch Simulationen

inklusive der graphischen Darstellung der Ergebnisse.

Abstract

BSTRACT

The aim of this diploma thesis was to demonstrate the proper usage of the

Erlang-C formula for the layout of links within UMTS core networks. The re-

sult of this analytic approach has been verified by means of a simulation

model. According to this investigation it is possible to use this Formula in

the near future for link dimensioning within the UMTS-Core network.

This diploma thesis starts with an overview across the three mobile tele-

phone systems GSM, GPRS, UMTS.

Furthermore the basic mathematical functions such as Pareto distribution

and Markov chains are explained. The most important basics of a software

simulation are also part of this work as the Erlang Formulas are.

For the simulation model the ns-simulator from the

N I V E R S I T Y O F

E R K E L E Y

at California was used. This simulator and the script language

Tcl/Tk are also explained in this thesis. The last chapter deals with the di-

mensioning process of links within an UMTS core network based on analytic

layout supported by the Erlang-C formula as well as simulation of through-

put. The results comparing the output of simulation and analytic calculation

are displayed by graphical presentations.

Inhaltsverzeichnis

NHALTSVERZEICHNIS

Danksagung ______________________________________________________________

Kurzfassung ______________________________________________________________

Abstract ___________________________________________________________________

Inhaltsverzeichnis__________________________________________________________

Abbildungsverzeichnis ______________________________________________________

Tabellenverzeichnis ________________________________________________________

Einleitung _____________________________________________________________ 1

Mobilfunknetze_________________________________________________________ 3

2.1

GSM (Global System for Mobile Communications) ____________________________ 3

2.1.1

Architektur von GSM __________________________________________________________ 5

2.1.1.1

Funkteilsystem RSS (Radio Subsystem) _______________________________________ 6

2.1.1.2

Vermittlungsteilsystem NSS (Network and Switching Subsystem)___________________ 7

2.1.1.3

Betreiberteilsystem OSS (Operating Subsystem) ________________________________ 9

2.1.2

Verwendete Protokolle im GSM-Netz______________________________________________11

2.1.2.1

Funktionsbeschreibung der einzelnen Protokolle ________________________________11

2.1.2.2

Physikalische Transportkanäle______________________________________________ 13

2.2

GPRS (General Packet Radio Service) _____________________________________ 14

2.2.1

Architektur von GPRS ________________________________________________________ 17

2.2.1.1

Beschreibung der einzelnen Schnittstellen ____________________________________ 18

2.2.1.2

Beschreibung der einzelnen Netzwerk-Entitäten________________________________ 20

2.2.2

Verwendete Protokolle im GPRS-Netz ____________________________________________ 27

2.2.2.1

Übersicht ______________________________________________________________ 28

2.2.2.2

Erklärung der Protokolle im GPRS-Netz______________________________________ 30

Inhaltsverzeichnis

2.3

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ________________________ 32

2.3.1

Blockdiagramm UMTS Architektur ______________________________________________ 33

2.3.2

Architektur von UMTS Release 4/5 ______________________________________________ 34

2.3.2.1

Beschreibung der Schnittstellen_____________________________________________ 35

2.3.2.2

Beschreibung der Netzwerk-Entitäten ________________________________________ 38

2.3.3

Verwendete Protokolle im UMTS-Netz ___________________________________________ 46

2.3.3.1

Übersicht ______________________________________________________________ 47

2.3.3.2

Erklärung der Protokolle im UMTS-Netz _____________________________________ 47

Mathematische Grundlagen zur Verkehrsmodellierung________________________ 50

3.1

Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung_______________________________ 50

3.1.1

Additionssatz________________________________________________________________ 52

3.1.2

Multiplikationssatz ___________________________________________________________ 53

3.1.3

Entgegengesetzte Ereignisse ____________________________________________________ 53

3.2

Verteilungsfunktionen ___________________________________________________ 54

3.2.1

Kennwerte von Verteilungsfunktionen ____________________________________________ 55

3.2.1.1

Erwartungswert _________________________________________________________ 55

3.2.1.2

Varianz________________________________________________________________ 57

3.2.2

Pareto-Verteilung_____________________________________________________________ 58

3.2.3

Markov'sche Ketten und Prozesse________________________________________________ 60

Voraussetzungen für analytische und simulative Verkehrsuntersuchungen ________ 61

4.1

Simulationsmodellierung_________________________________________________ 61

4.1.1

Modellierungsprozeß__________________________________________________________ 62

4.2

Prinzip von Bediensystemen ______________________________________________ 65

4.2.1

Warteschlangensysteme________________________________________________________ 67

4.2.1.1

Grundmodell der Warteschlangentheorie______________________________________ 67

4.2.1.2

Berechnungen von Warteschlangensystemen __________________________________ 68

4.2.1.3

Kenngrößen von Warteschlangensystemen ____________________________________ 71

4.2.1.4

Beispiele von Warteschlangensystemen ______________________________________ 72

4.2.2

Kendall'sche Notation_________________________________________________________ 73

4.3

Erlang Formeln ________________________________________________________ 75

4.3.1

Erlang B ___________________________________________________________________ 75

4.3.2

Erlang C ___________________________________________________________________ 77

Simulationsumgebung __________________________________________________ 80

5.1

NS-Simulator __________________________________________________________ 81

5.1.1

Programmbeispiel einer Simulation von 2 Knoten ___________________________________ 82

5.2

Tcl/Tk ________________________________________________________________ 83

Inhaltsverzeichnis

5.2.1

Programmbeispiel eines Additionsprogramms ______________________________________ 85

Analytische und simulative Untersuchung eines Netzmodells___________________ 86

6.1

Aufbau des Modells _____________________________________________________ 86

6.1.1

UMTS Core Modell __________________________________________________________ 87

6.2

Analytisches Modell _____________________________________________________ 88

6.2.1

Dimensionierungsmodell ______________________________________________________ 88

6.2.2

Dimensionierung der Link-Bandbreiten ___________________________________________ 93

6.2.2.1

Dimensionierung Iu-Interface ______________________________________________ 96

6.2.2.2

Dimensionierung Gn-Interface _____________________________________________ 97

6.3

Simulationsmodell ______________________________________________________ 99

6.3.1

Simulationsprogramm _________________________________________________________ 99

6.3.2

Simulationsergebnisse und Vergleich mit analytischer Methode _______________________ 102

6.3.2.1

Iu-Interface ___________________________________________________________ 102

6.3.2.2

Gn-Interface___________________________________________________________ 103

6.3.2.3

Auswirkungen von Unterdimensionierung am Beispiel des Iu-Interfaces____________ 104

6.3.2.4

Zusammenfassende Erkenntnis zur Link-Dimensionierung ______________________ 106

Zusammenfassung ____________________________________________________ 107

7.1

Weiterführende Arbeiten_________________________________________________110

Literaturverzeichnis ___________________________________________________ 111

Annex ______________________________________________________________ 121

Geschichte des Mobilfunks_____________________________________________________ 121

Herleitung der Erlang C-Formel ________________________________________________ 127

Abkürzungsverzeichnis _______________________________________________________ 131

Glossar _____________________________________________________________________ 138

Abbildungsverzeichnis

BBILDUNGSVERZEICHNIS

Abbildung 1 Funktionale Architektur eines GSM-Mobilfunknetzes [Walk00] _____________ 5

Abbildung 2 logische Architektur einer MS _______________________________________ 6

Abbildung 3 GSM-Protokollstack [Sing00] ______________________________________ 11

Abbildung 4 logische GPRS-Netzarchitektur _____________________________________ 17

Abbildung 5 Kommunikationspfade des GGSN ___________________________________ 21

Abbildung 6 Kommunikationspfade des 2G-SGSN ________________________________ 23

Abbildung 7 Aufbau einer MS ________________________________________________ 25

Abbildung 8 GPRS Protokoll-Stack (User Plane) [26] _____________________________ 27

Abbildung 9 Vereinfachte UMTS Architektur [18]_________________________________ 33

Abbildung 10 Vereinfachte Architektur UMTS, Release 4/5 _________________________ 35

Abbildung 11 Kommunikationspfade eines GGSNs im UMTS-Netz ___________________ 39

Abbildung 12 Kommunikationspfade eines 3G-SGSNs im UMTS-Netz_________________ 41

Abbildung 13 Beispiel einer HSS Struktur [18] ___________________________________ 42

Abbildung 14 Architektur UTRAN [Bran00] _____________________________________ 45

Abbildung 15 Blockschaltbild einer MS_________________________________________ 46

Abbildung 16 UMTS-Protokoll-Stack (User Plane)________________________________ 47

Abbildung 17 entgegengesetzte Ereignisse ______________________________________ 54

Abbildung 18 Pareto-Dichte _________________________________________________ 59

Abbildung 19 Modellierungsprozeß [Hofm00] ___________________________________ 63

Abbildung 20 Grundmodell der Warteschlangentheorie [URL8] _____________________ 68

Abbildung 21 vier Arten von Bediensystemen [URL9] _____________________________ 72

Abbildung 22 Aufbau des NS-Simulators [URL12] ________________________________ 81

Abbildung 23 Simulationspfad im UMTS-Netz ___________________________________ 87

Abbildung 24 Simulationsmodell UMTS ________________________________________ 87

Abbildung 25 Begriffserklärung M/G/R-ps ______________________________________ 89

Abbildung 26 M/G/R-Processor-Sharing-Modell _________________________________ 89

Abbildung 27 Verweilzeit vs. Dateigröße am Iu-Interface (rpeak=8kbit/s) _____________ 103

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 28 Simulationszeit vs. Belastung am Gn-Interface_______________________ 104

Abbildung 29 richtig dimensionierter Link mit 64 kbit ____________________________ 105

Abbildung 30 unterdimensionierter Link mit 32 kbit ______________________________ 105

Abbildung 33 Zustandübergangsdiagramm für ein M/M/m-System __________________ 129

Tabellenverzeichnis

ABELLENVERZEICHNIS

Tabelle 1 Eingabeparamenter zur Linkdimensionierung (Iu-Interface) ... 94

Tabelle 2 Berechnung der Ausgabeparameter zur Linkdimensionierung ... 95

Tabelle 3 Ausgabeparameter UTRAN-SGSN (Iu-Interface)... 96

Tabelle 4 Eingabeparamenter zur Linkdimensionierung (Gn-Interface)... 97

Tabelle 5 Ausgabeparameter SGSN-GGSN (Gn-Interface) ... 98

Tabelle 6 Vergleich der einzelnen Mobilfunknetze ... 107

Einleitung

Seite

1 E

INLEITUNG

Das Studium der Telekommunikationstechnik umfaßt neben dem Gebiet der

Internet-Technologie auch das Gebiet der mobilen Kommunikation. Da im

Jahr 2000 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ein Schlag-

wort war, das in jedem europäischen Staat vorallem auch aufgrund der Li-

zenzversteigerung für viel Aufsehen gesorgt hat - lag es für mich nahe, mich

mit dieser Thematik, nämlich Mobilfunknetze im allgemeinen, genauer zu

beschäftigen.

Die Problematik, die sich mir zu Beginn meiner Diplomarbeit stellte, war,

daß verfügbare Literatur für diesen Bereich der Telekommunikationstechnik

in erster Linie auf Spezifikationsebene vorhanden war. Für die Informations-

beschaffung standen mir daher nur 'Technical Specifications' und 'Technical

References' von der ETSI beziehungsweise 3GPP (siehe Glossar) sowie eini-

ge Publikationen zum Thema Mobilfunknetze und GPRS zur Verfügung. Zum

Thema UMTS gibt es derzeit wenig didaktisch brauchbare Unterlagen. Auf-

grund dieser Umstände war es mir auch ein Anliegen, die verfügbare Litera-

tur in einer didaktisch brauchbaren Form für Studenten aufzubereiten. Aus

diesem Grund gestaltete sich das Kapitel Mobilfunknetze auch ein wenig

umfangreicher als zunächst vorgesehen.

Das primäre Ziel meiner Diplomarbeit war - neben einer Übersicht und der

Darstellung der Unterschiede der einzelnen Mobilfunknetze Untersuchun-

gen zur Dimensionierung einzelner Links im UMTS Core-Netzwerkbereich.

Gegenwärtig gibt es keine Erfahrungen, wie sich ein UMTS-Netz bei unter-

schiedlichen Belastungen verhält. Zur Dimensionierung der einzelnen Netz-

verbindungen im UMTS Backbone-Bereich wird die 'Erlang C-Formel' ver-

wendet.

Einleitung

Seite

Der wesentliche Teil meiner Diplomarbeit bestand darin, diese Formel an-

hand von Simulationen, die dementsprechend praxisnah gestaltet werden

mußten, zu verifizieren. Als Basis dieser Verifikation dienten mathematische

Modelle, die vor der Verwendung in einer bestimmten Simulationsumgebung

validiert wurden.

Zu Beginn der vorliegenden Untersuchung, die auch als Einarbeitungsunter-

lage für Mitarbeiter der Firma Siemens-PSE Verwendung finden soll, wird

eine Einführung in die aktuellen Mobilfunktechnologien der zweiten und

dritten Generation gegeben.

Da die verwendeten Simulationsmodelle auf 'Markov-Prozesse' aufgebaut

sind, schien es mir auch sinnvoll - in Kapitel drei - eine kurze Einführung in

die Wahrscheinlichkeitsrechnung und deren Verteilungsfunktionen zu ge-

ben.

Für die vorliegenden Netz-Untersuchungen, ist auch ein Basiswissen in den

Gebieten Verkehrstheorie und Bediensysteme nötig. Diese Voraussetzungen

werden im Kapitel vier behandelt.

Im Kapitel fünf werden das verwendete Simulationstool - der 'NS-Simulator' -

und die dazugehörige Programmiersprache 'Tcl/Tk' genauer erläutert.

Im Anschluß daran im Kapitel sechs - wird auf das analytische und simu-

lative Modell als solches näher eingegangen. Dieses Kapitel enthält neben

der Dimensionierung mittels der Erlang C-Formel, sowie der Auswertung der

Simulationsdaten im Vergleich zu den Berechnungsergebnissen, auch die

graphische Darstellung.

Den Abschluß meiner Diplomarbeit bildet die Zusammenfassung und ein

Ausblick auf weiterführende Arbeiten.

Im Annex findet sich ein kurzer geschichtlicher Rückblick über die Entste-

hung des Mobilfunks, sowie die Herleitung der Erlang C-Formel, das Abkür-

zungsverzeichnis und die Begriffserklärung.

Mobilfunknetze

Seite

2 M

OBILFUNKNETZE

Das folgende Kapitel stellt die drei aktuellen Mobilfunknetze GSM (Global

System for Mobile Communications), GPRS (General Packet Radio Service)

und UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) vor. Wobei zu be-

achten ist, daß, wenn von Mobilfunknetzen die Rede ist, GSM und UMTS

standardisierte Mobilfunksysteme sind, GPRS dagegen eine Verbesserung

des GSM-Standards ist beziehungsweise einen Schritt vom leitungsorientier-

ten GSM-Netz zum paketorientierten UMTS-Netz darstellt.

2.1 GSM (Global System for Mobile Commu-

nications)

Anfang der achtziger Jahre gab es in Europa sieben nationale und unterein-

ander inkompatible Mobilfunknetze. Durch hohe Gebühren und teure End-

geräte wurde das Mobiltelefon für viele Kunden unattraktiv. Aus diesem

Grunde beschloß die

CEPT

(European Conference for Posts and Telecom-

munications) 1982 in Wien ein paneuropäisches, zellulares Mobilfunknetz zu

entwickeln und zu standardisieren. Das neue System sollte in dem für den

mobilen Landfunk zugewiesenen Frequenzband 900 MHz arbeiten [Walk00].

Es wurde eine Arbeitsgruppe, die

R O U P E

P E C I A L E

O B I L E

(kurz: GSM)

gegründet [Walk90]. Es gab keine Vorgaben, wie die Übertragung von Spra-

che und Daten erfolgen soll. Erst in der Entwicklungsphase wurde der

Entschluß gefaßt, das GSM-Netz digital aufzubauen. Auch die Berücksichti-

gung von neuen Errungenschaften und Übertragungstechniken aus dem Be-

reich der Telekommunikation, zum Beispiel das

ITU-T

Signalling System No.

7, ISDN und das ISO/OSI-Schichtenmodell war vorgesehen.

Mobilfunknetze

Seite

Mit Unterzeichnung des

E M O R A N D U M O F

N D E R S T A N D I N G O N T H E

N T R O D U C T I O N O F T H E

A N

-E

U R O P E A N

I G I T A L

O M M U N I C A T I O N

E R V I C E

(MoU) am 7. September 1987 erklärten sich 13 Staaten - darunter Öster-

reich bereit, den Mobilfunk nach den Empfehlungen der GSM einzuführen.

Im März 1989 wurde die GSM-Arbeitsgruppe von der

ETSI

(European Tele-

communications Standards Institut) übernommen. Seit 1991 steht der Name

GSM für 'Global System for Mobile Communications'. Dadurch sollte auch

der Anspruch auf einen weltweiten Standard unterstrichen werden.

Unter [URL2] findet sich folgender Auszug zum Thema GSM:

"GSM (Global System for Mobile communication) is a digital mobile tele-

phone system that is widely used in Europe and other parts of the world. GSM

uses a variation of time division multiple access (TDMA) and is the most wide-

ly used of the three digital wireless telephone technologies (TDMA, GSM, and

CDMA). GSM digitizes and compresses data, then sends it down a channel

with two other streams of user data, each in its own time slot. It operates at ei-

ther the 900 MHz or 1800 MHz frequency band.

GSM is the de facto wireless telephone standard in Europe. GSM has over 120

million users worldwide and is available in 120 countries, according to the

GSM MoU Association. Since many GSM network operators have roaming

agreements with foreign operators, users can often continue to use their mo-

bile phones when they travel to other countries. [...]"

Mobilfunknetze

Seite

2.1.1 Architektur

von

GSM

Laut GSM-Spezifikation 1.02 ist das GSM-System in drei Teilsysteme unter-

teilt:

· Funkteilsystem RSS (Radio Subsystem)

· Vermittlungsteilsystem NSS (Network and Switching Subsystem)

· Betreiberteilsystem OSS (Operating Subsystem)

Diese Teilsysteme und deren Komponenten sind in Abbildung 1 vereinfacht

dargestellt.

Abbildung 1 Funktionale Architektur eines GSM-Mobilfunknetzes [Walk00]

BTS

BSC

AuC

OMC

MSC

BSC

VLR

HLR

BTS

EIR

Funk-Teilsystem

(RSS)

Vermittlungs-

Teilsystem

(NSS)

Betreiber-

Teilsystem

(OSS)

Funkschnittstelle Um

Übergang zu

ISDN, PDN,

PSTN über den

GMSC

Daten und

Signallisierungsleitung

A-

Interface

O-

Interface

Mobilfunknetze

Seite

2.1.1.1

Funkteilsystem RSS (Radio Subsystem)

Das Funkteilsystem ist mit dem Vermittlungsteilsystem über die A-

Schnittstelle verbunden. Es besteht aus den MSs (Mobile Station), den BTSs

(Base Transceiver System) und den BSCs (Base Station Controller). BTS und

BSC werden zusammengefaßt auch BSS (Base Station Subsystem) genannt.

Die Aufgabe des Funkteilsystemes ist die Übermittlung der Daten über die

Funkschnittstelle (Um-Interface) zu den Mobilstationen.

MS (Mobile Station)

"Unter dem Begriff Mobilfunkstation versteht man die gesamte physikalische

Ausrüstung des PLMN-Teilnehmers (Public Land Mobile Network, Anm. des

Autors). Sie enthält das Funkgerät und die Benutzerschnittstelle, die der Teil-

nehmer für den Zugriff auf die PLMN-Dienste benötigt [Walk00, S.140]."

Die MS besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil enthält alle spezifischen Hard-

und Softwarekomponenten, der zweite Teil enthält alle teilnehmer-

spezifischen Informationen bekannt unter dem Namen SIM (Subscriber I-

dentity Module).

Abbildung 2 logische Architektur einer MS

Logisch betrachtet besteht die MS aus dem Endgerät TE (Terminal Equip-

ment), welches direkt dem Teilnehmer zugänglich ist und dem MT (Mobile

Terminated), das für alle Dienste gemeinsame Funktionen bereitstellt (siehe

Abbildung 2). Diese beiden Komponenten sind über die ISDN S-Schnittstelle

miteinander verbunden.

Mobile Station (MS)

S-

Schnitstelle

Mobilfunknetze

Seite

BTS (Base Station Transceiver System)

Unter dem BTS sind die Sende- und Empfangsanlagen einschließlich der An-

tennen zusammengefaßt. Moderne Systeme bestehen aus sektorisierten An-

tennen. Diese ermöglichen die Bedienung von jeweils drei, in einem Winkel

von 120° angeordneten Zellen.

BSC (Base Station Controller)

Der BSC ist für die Reservierung und Freigabe von Funkkanälen und dem

Handover Management verantwortlich. Darüber hinaus ermöglicht das BSC

die Steuerung von Funkrufen (Paging) und den Austausch verbindungsbezo-

gener Signalisierungsdaten mit dem MSC (Mobile Service Switching Center)

[BoGo91].

2.1.1.2

Vermittlungsteilsystem NSS (Network and Switching Subsystem)

Das Vermittlungsteilsystem hat die Aufgabe, vermittlungstechnische und

netzorientierte Funktionen auszuführen. Darunter fallen unter anderem die

Bildung eines Übergangsnetzes zwischen dem Funknetz und den öffentli-

chen Telefonnetzen (PSTN, Public Switched Telefon Network) beziehungswei-

se dem Datennetz (PDN, Public Data Network), sowie eine Menge von Funk-

tionen, wie etwa Vermittlung, Authentifizierung und Teilnehmerverwaltung.

Das Vermittlungsteilsystem besteht aus dem VLR (Visitor Location Register),

dem HLR (Home Location Register) und dem MSC (Mobile Switching Center).

VLR (Visitor Location Register)

Das VLR, welches sich am Besten mit "Besucherdatei" übersetzen läßt, ist

einem oder mehreren MSCs zugeordnet und dient der Verwaltung, der sich

im jeweiligen Zuständigkeitsbereich aufhaltenden Teilnehmer. Das VLR stellt

dabei Anfragen über user-spezifische Daten an den HLR und leitet diese an

Mobilfunknetze

Seite

das MSC weiter. Dadurch wird dem MSC ein Verbindungsaufbau zu dem

gewünschten User ermöglicht.

Der Vorteil eines VLRs liegt darin, daß es die Verwaltungsdaten für die in

seinem Bereich befindlichen MS einmal vom HLR kopiert und diese dann an

das MSC weitergibt. Dadurch erspart sich das MSC Anfragen - pro Verbin-

dungsaufbau - beim HLR, das sich im Normalfall weit entfernt vom MSC be-

findet es wird Leitungskapazität gespart.

HLR (Home Location Register)

Das HLR ist als eine Art "Heimdatei" zu bezeichnen. Eine Datenbank, in der

alle, für den Mobilfunkteilnehmer spezifische, permanenten Informationen -

wie Rufnummer, MS-Identifikationsnummer, Basis- und Zusatzdienste, Au-

thentifikationsschlüssel, etc. - gespeichert sind. Darüber hinaus werden vor

allem temporäre Daten, wie etwa der momentane Aufenthaltsort der MS, die

das HLR über das VLR bezieht, gespeichert.

Auch die Gebührenerfassung und verschiedene Verwaltungsaufgaben laufen

über das HLR [24].

MSC (Mobile Service Switching Center)

Das MSC ist vergleichbar mit einer ISDN-Vermittlungsstelle (Integrated Ser-

vice Digital Network). Dieses führt Vermittlungsaufgaben durch und verwal-

tet das Netz. Einem MSC sind, abhängig von der geographischen Lage, meist

mehrere BSCs zugeordnet. Wenn das MSC das Bindeglied zwischen dem

Mobilfunknetz und dem Festnetz (ISDN, PSTN, PDN) darstellt, wird es als

GMSC (Gateway Mobile Switching Center) bezeichnet [23].

Die Aufgaben eines MSCs sind:

· Signalisierungen zum Auf- und Abbau von Verbindungen.

· Das Verwalten einer laufenden Verbindung.

· Der Handover (das Umschalten bei Störungen oder Zellwechsel).

Mobilfunknetze

Seite

· Das Ermitteln des Aufenthaltsortes beim MTC (Mobile Terminating

Call) im Falle GMSC.

· Rufsperren.

· Rufweiterleitungen.

· Konferenzschaltungen.

· Die Vergebührung eines Teilnehmers.

2.1.1.3 Betreiberteilsystem OSS (Operating Subsystem)

Die Aufgabe des Betreiberteilsystems besteht in erster Linie darin, die für

den Betrieb und die Wartung eines Mobilfunknetzes notwendigen Funktio-

nen bereitzustellen. Die Aufgabengebiete eines OSS sind demnach:

· Teilnehmerverwaltung,

· Netzbetrieb und Wartung.

· Mobilendgeräteverwaltung.

Das OSS besteht aus dem AuC (Authentication Center), dem OMC (Operati-

on and Maintenance Center) und dem EIR (Equipment Identity Register). Es

ist mittels der O-Schnittstelle ( via OMC) mit dem Vermittlungsteilsystem

verbunden.

AuC (Authentication Center)

Das Authentifizierungscenter enthält alle Informationen, die für den Schutz

der Teilnehmeridentität erforderlich sind. Durch die Vergabe von Funk-

schlüssel (Authentifikationsschlüssel) kann die jeweilige, generell für unbe-

Mobilfunknetze

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rechtigte Zugriffe anfällige Funkschnittstelle, gegen Abhören gesichert wer-

den. Authentifikationsalgorithmus und Verschlüsselungscodes werden im

AuC gespeichert und nur bei Bedarf, nach festen gesetzlichen Regeln (Ge-

richtsbeschluß), zugänglich gemacht [22].

OMC (Operation and Maintenance Center)

Das Operation and Maintenance Center garantiert durch die Überwachung

und Steuerung der anderen Netzelemente eine bestmögliche Dienstgüte des

Mobilfunknetzes. Mit Hilfe von sogenannten Operationskommandos können

bei Bedarf Eingriffe in die Netzelemente vorgenommen werden. Die Netzver-

waltung wird dann bei unvorhergesehenen Vorkommnissen durch einen A-

larm informiert. Das OMC ist über das O-Interface mit allen Netzentitäten

verbunden. Unter anderem sorgt das jeweils zuständige Betriebs- und War-

tungszentrum für die Verwaltung der Teilnehmer und Endgeräte, sowie für

die Ermittlung statistischer Daten zur Netzauslastungsbestimmung [22].

EIR (Equipment Identity Register)

Das EIR (auch: Geräte Identifizierungsregister) ist eine zentrale Datenbank,

in der die IMEI (International Mobile Equipment Identity), eine international

einzigartige Gerätenummer, und der dazugehörige Teilnehmer gespeichert

sind. Das EIR ist über diverse Schnittstellen mit dem Vermittlungsteilsys-

tem-Entitäten und über MSC und HLR mit dem AuC verbunden [22]. Die

Datenbank enthält drei Listen, eine sogenannte weiße, eine graue und eine

schwarze Liste. Die weiße Liste enthält die gültigen IMEIs, die graue Liste die

IMEIs von Geräten mit Funktionsstörungen und die schwarze Liste beinhal-

tet IMEIs von gestohlenen oder gesperrten Mobilfunkstationen [Walk00].

Mobilfunknetze

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2.1.2

Verwendete Protokolle im GSM-Netz

Abbildung 3 gibt eine Übersicht über die einzelnen Signalisierungsprotokolle in

einem GSM-Netz, beginnend von der MS, über das BSS zum MSC. Die Um-

Schnittstelle wird auch Luftschnittstelle genannt, da das Übertragungsmedium

Luft ist. Die A-Schnittstelle trennt das Funkteilsystem (MS, BSS) und das Ver-

mittlungsteilsystem (MSC, GMSC).

Abbildung 3 GSM-Protokollstack [Sing00]

2.1.2.1

Funktionsbeschreibung der einzelnen Protokolle

Auf der linken Seite von Abbildung 3, der MS, beginnend besteht die erste

Schicht aus TDMA (Time Division Multiple Access) und FDMA (Frequency Divi-

sion Multiple Access). Diese beiden Multiplex-Verfahren sorgen für die physikali-

sche Datenübertragung über die Luftschnittstelle.

ISUP

ISDN

VLR,HLR

Base Station

Subsystem

LAPDm

TDMA

FDMA

LAPDm

MTP

DTAP

BSSMAP

SCCP

TCAP

MAP

BSS (BTS+BSC)

MSC

BSSMAP

Mobile Station

Schicht

TDMA

FDMA

Schicht

1+2

Mobile Switching

Center

Mobilfunknetze

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Auf Schicht zwei befindet sich das LAPDm (Link Access Procedure D-

Channel mobile) Protokoll, das für die gesicherte Übertragung der Signalisie-

rungsinformationen zwischen Mobiltelefon und Sendeanlage sorgt und kurze

Unterbrechungen beim Handover - zum Beispiel bei Fahrten durch Tunnels -

erlaubt.

Die Aufgabe des RRs ist der Datenaustausch zwischen MS und BSS, der In-

formationsaustausch beim Handover mit dem MSC (Mobile Switching Cen-

ter) über den BSSMAP (Base Station System Management Application Part),

sowie der Aufbau, die Erhaltung und der Abbau einer Funkkanalverbin-

dung.

Das MM ist für den Informationsaustausch und die Benachrichtigung des

MSCs in Zusammenhang mit Zellwechsel (Location Area-Update und be-

stimmten Handover-Funktionen) verantwortlich. Das MM im speziellen ü-

bernimmt die Registrierung, Authentifizierung und die Zuweisung einer neu-

en TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). Das CM sorgt für den

Aufbau, die Aufrechterhaltung und die Auflösung eines kanalvermittelten

Rufes. Die Daten des MM und CM werden zwischen der MS und dem MSC

über modifizierte CCS#7-Signalisierungskanäle (Common Signalling System

No. 7) im TDM-System der A-Schnittstelle transparent zum MSC weiterge-

reicht. Das MM und CM wird über dem BSS transparent zum MSC verbun-

den.

Mit Hilfe der Protokollschichten des CCS #7 - Erklärung siehe Glossar - wer-

den auch Informationen zum Mobility Management einzelner Verbindungen

mit dem VLR/HLR ausgetauscht. Der Transaktionsverkehr beziehungsweise

die mobilnetz-spezifische Signalisierung läuft über den, auf SCCP (Signalling

Connection Control Part) aufgesetzten TCAP (Transactions Capabilities Ap-

plication Part) und dem MAP (Mobile Application Part) des MSCs. Über den

ISUP (ISDN User Part) wird eine Verbindung zu einem ISDN-Netz ermöglicht.

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2.1.2.2 Physikalische Transportkanäle

Bei den physikalischen Transportkanälen wird zwischen dem Nutzkanal, al-

so einem Kanal zur Übermittlung von User-Daten und den Signalisierungs-

kanälen unterschieden.

Nutzkanal

Um-Interface (Luftschnittstelle, MS/BSS): FEC (Forward Error Correction)

geschützter 13kbit Traffic Channel für Sprache beziehungsweise maximal

9,6 kbit Datenübertragung (Transparent/Nichttransparent).

A-Schnittstelle (BSS/MSC): PCM/ISDN-Kanal mit Submultiplex über Abis-

Schnittstelle 4 x 16 kbit; insgesamt 64 kbit (kann als Option auch bis zum

MSC weitergeführt werden). Die A-Schnittstelle ist ein internationaler Stan-

dard.

Signalisierungskanäle

Um-Interface: Bündel von Signalisierungskanälen auf eigenen Träger bezie-

hungsweise teilweise im Submultiplex zum Nutzkanal in TDM-Slot. Abhän-

gig vom Status des Verbindungsprozesses wird unterschiedlich von diesem

Signalisierungskanälen Gebrauch gemacht.

A-Schnittstelle: Modifizierter CCS#7-Kanal (Common Channel Signalling

System No. 7).[Sing00]

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2.2 GPRS (General Packet Radio Service)

Im Rahmen der Weiterentwicklung des GSM (GSM Phase 2+) wurde 1991

von der

ETSI

(European Telecommunications Standards Institut) ein paket-

orientiertes Dienstkonzept zur Datenübertragung entwickelt. 1997 war die

Standardisierung von GPRS weitgehend abgeschlossen. Trotzdem gab und

gibt es immer wieder Details, die diskutiert werden. Mit den überarbeiteten

Details können dann in Form von Änderungsanfragen (Change Requests) die

jeweiligen Standards modifiziert werden. Im Moment wird der GPRS-

Standard im Rahmen der Standardisierung von EDGE (Enhanced Data Ra-

tes for GSM Evolution) zum EGPRS (Enhanced GPRS-Standard) erweitert

[10].

Im Gegensatz zum leitungsvermittelten GSM wird GPRS paketvermittelt be-

trieben. Das heißt, es wird der Übertragungskanal nicht zwischen zwei Teil-

nehmern fest aufgebaut - daher der Name leitungsvermittelt - sondern GPRS

ergänzt die Luftschnittstelle um eine paketorientierte Funkressourcenverwal-

tung. Dadurch besteht für den Anwender die Möglichkeit, auf wirtschaftliche

Weise einen paketorientierten Dienst zum Beispiel IP zu nutzen.

Prinzipiell wird zwischen verbindunglosen (Packet Switched - PS) und ver-

bindungsorientierten (Circuit Switched - CS) Diensten unterschieden:

Bei einem verbindungslosen Dienst wird die vollständige Adresse des Sen-

ders wie des Empfängers in jedes Paket eingefügt. Der Nachteil eines solchen

Dienstes ist, daß die Pakete vergrößert werden und bei der Übertragung

mehr Bandbreite benötigen als verbindungsorientierte Pakete. Allerdings

steht diesem Nachteil der Vorteil besserer Funkressourcen-Nutzung gegen-

über.

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Beim verbindungsorientierten Dienst wird für die Dauer der Datenübertra-

gung eine Verbindung aufgebaut. Der Nachteil dieser Methode liegt darin,

daß für den Auf- und Abbau einer logischen Verbindung ein Verwaltungs-

aufwand in der Vermittlungsstelle entsteht und Ressourcen benötigt werden,

auch wenn keine Datenübertragung läuft. Der Vorteil von verbindungsorien-

tierten Diensten ist dadurch gegeben, daß die Reihenfolge der Ankunft der

Pakete gesichert ist und für den Anwender somit die Möglichkeit besteht, die

Dienstqualität (Quality of Service - QoS) beim Verbindungsaufbau zu be-

stimmen.

Bei GPRS ist vorallem der connectionless Service für entsprechende IP-

Anwendungen interessant. PTP (Point to Point) und MTP (Multi-Point) Be-

trieb. Unter PTP sind alle Verbindungen gemeint, die fest zwischen zwei Sta-

tionen verschaltet sind.

Typische Anwendungen für den PTP (Point to Point) Betrieb sind:

· Verkehrstelematik (Straßenverkehrslenkung, Flotten-Management,

elektronische Mautsysteme).

· Mobiles Büro (e-mail, Internet-Zugang, e-commerce).

Beim MTP-Betrieb kann sich der Teilnehmer für einen Dienst anmelden und

bekommt sofort nach Eintreffen einer neuen Nachricht, diese gesendet. Im

Unterschied zum PTP-Betrieb können beim MTP-Mode mehrere Teilnehmer

gleichzeitig dieselben Informationen zur gleichen Zeit erhalten.

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Typische Anwendungen für den MTP (Multi-Point) Betrieb sind:

· Regionale Informationen (Wetter- und Verkehrsnachrichten, Lokal-

führer, Telefonbuch).

· Allgemeine Informationsdienste (Börsennachrichten, Lotto, Schlag-

zeilen).

Die maximale Übertragungsrate bei GPRS beträgt bei speziellen Kanalkodie-

rungen und Kombinationen von mehreren Zeitschlitzen bis zu 170 kbit/s.

GPRS gewährleistet durch die Nutzung der Funkressourcen nur während

der Datenübertragung, und simultaner Nutzung eines Kanals oder mehrerer

Kanäle durch mehrere Mobilfunkstationen, eine bessere der Nutzung der

Radioressourcen.

Mittels GPRS ist es weiters möglich, direkt vom bestehenden GSM-Netz eine

Verbindung mit der IP-Welt ( zum Beispiel Internet-Applikationen) herzustel-

len.

Die Tarifierung das ist ebenfalls eine Neuerung gegenüber den Netzen der

zweiten Mobilfunkgeneration erfolgt volumsabhängig. Der Vorteil einer sol-

chen Verrechnung liegt für den Teilnehmer darin, daß nur die wirklich erhal-

tenen Datenpakete verrechnet werden und nicht wie bisher die Zeit der

Verbindung eine zentrale Rolle spielt. Das ist allerdings nur deshalb möglich,

da die Mobilstationen ständig Online sind, aber nur bei anstehenden

Transaktionen Funkressourcen beanspruchen, und nicht wie beim GSM-

Netz für die Dauer der Internet-Session. [Sing00]

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2.2.1 Architektur

von

GPRS

Abbildung 4 gibt eine Übersicht über die GPRS-Netzarchitektur. GPRS ist

logisch in ein GSM-Netz integriert, wobei zwei Netzwerkknoten, der Serving

GPRS Support Node (SGSN) und der Gateway GPRS Support Node (GGSN),

die GPRS-Funktionalität gewährleisten.

Abbildung 4 logische GPRS-Netzarchitektur

Diese beiden GPRS Support Nodes (GSN) übernehmen die Paketvermittlung

und sind für das Mobilitätsmanagement sowie das Roaming zuständig.

Signalling and Data Transfer Interface

Signalling Interface

MSC/VLR

BSS

PDN

HLR

Other PLMN

SGSN

GGSN

SM-SC

SMS-GMSC

SMS-IWMSC

GGSN

EIR

SGSN

Mobilfunknetze

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2.2.1.1

Beschreibung der einzelnen Schnittstellen

Gb-Interface

Schnittstelle zwischen dem SGSN und dem BSS (Base Station Subsystem).

Dieses Interface sorgt für die simultane Übertragung von Paketdaten und

Signalisierungsinformationen zwischen den beiden Entitäten.

Gc-Interface

Schnittstelle zwischen dem GGSN und einem HLR (Home Location Register).

Das HLR informiert den GGSN via dem Gc-Interface über erlaubte Unter-

stützung von Diensten für den aktuellen Teilnehmer.

Gd-Interface

Interface zwischen einem SMS-GMSC (Short Message Service-Gateway Mobi-

le Service Center) und einem SGSN beziehungsweise zwischen einem SMS-

IWMSC (Short Message Service-Interworking Mobile Service Center) und ei-

nem SGSN.

Gf-Interface

Dieses Interface ist für den Austausch von Identifikationsdaten der Mobilsta-

tion zwischen einem SGSN und einem EIR (Equipment Indentification Regis-

ter) verantwortlich.

Gi-Interface

Referenzpunkt zwischen GPRS und einem externen PDN (Packet Data Net-

work).

Mobilfunknetze

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Gn-Interface

Interface zwischen zwei GSNs innerhalb des selben PLMN (Public Land Mobi-

le Network). Dieses Interface sorgt mit Hilfe des GTPs (GPRS Tunneling Pro-

tocol) für die Kommunikation zwischen GGSN und SGSN, sowie zwischen

zwei SGSNs.

Gp-Interface

Schnittstelle zwischen zwei GSNs in verschiedenen PLMNs. Dieses Interface

wird benötigt, wenn sich der Teilnehmer in einem Fremdnetz befindet (Roa-

ming).

Gr-Interface

Interface zwischen einem SGSN und einem HLR, welches zum Austausch

von teilnehmerspezifischen Daten und Lokalisierungsinformationen verwen-

det wird.

Gs-Interface

Das Gs-Interface sorgt für den Datenaustausch von MM-Informationen (Mo-

bility Management) zwischen einem SGSN und einem MSC/VLR (Mobile Ser-

vice Center/Visited Location Register).

R-Interface

Referenzpunkt zwischen einem nicht-ISDN kompatiblen TE (Terminal E-

quipment) und einem MT (Mobile Terminated).

Um-Interface

Physikalisch gesehen, ist das Um-Interface identisch mit dem GSM-

Standard.

Mobilfunknetze

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2.2.1.2

Beschreibung der einzelnen Netzwerk-Entitäten

GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Der GGSN stellt die Verbindung zu einem PDN (Packet Data Network) über

das Gi-Interface her. Ein GGSN kann auch über die Gp-Schnittstelle mit ei-

nem SGSN eines anderen PLMN (Public Land Mobile Network) verbunden

sein. Innerhalb eines PLMNs erfolgt die Verbindung zwischen GGSN und

SGSN über das Gn-Interface zwecks transparenter Übertragung per Tunne-

lingprotokoll.

Der GGSN speichert Informationen über den Subscriber mit Hilfe des HLRs

(Home Location Register), mit dem er über die Gc-Schnittstelle verbunden

ist. Diese Informationen teilen sich in Subscriber Informationen und Locati-

on Informationen auf.

Für das PDN (Paket Data Network) stellt der GGSN einen Router dar, da er

mittels netzspezifischer Routingprozeduren die Datenpakete vom PDN zum

jeweiligen Empfänger weiterleitet. Pakete jeder Partnerinstanz werden an-

schließend nach Auswertung des PDP/PDA (Packet Data Protocol/Packet

Data Address) durch den jeweiligen GGSN weitergeleitet. Über die PDA erhält

der GGSN Routinginformationen zum aktuellen Teilnehmer. Dadurch erfolgt

die Weiterleitung der Pakete (Paket Data Units, PDU) zum jeweiligen Aufent-

haltsort der MS. Dies erfolgt über die Gn-Schnittstelle zum, für die MS zu-

ständigen, SGSN.

Abbildung 5 zeigt die Kommunikationspfade des GGSNs und die Basisentitä-

ten des GPRS-Netzes. Anhand dieser Pfade wird die Funktion des GGSN

transparenter. Für internationales Roaming kommuniziert der GGSN mit

dem SGSN eines anderen Netzes über das Border Gateway. Die Verbindung

mit dem SGSN wurde bereits erklärt, wie auch die Routingfunktion, die über

das Gn-Interface ins GPRS-Backbone Netzwerk erfolgt (RIP, Routing Infor-

mation Protocol; OSPF, Open Shortest Path First; Erklärung siehe Glossar).

Mobilfunknetze

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2G-

SGSN

GPRS

Backbone Netzwerk

GGSN

Border

Gateway

Externes IP

Netzwerk

(z.B. Internet)

Firewall

(optional)

X3P-IF

Gp-IF

Gn-IF

Gb-IF

Intern. Roaming:

Daten

Signalisierung

Daten

Signalisierung

Routing

(RIP, OSPF, ...)

Daten

Signalisierung

Gi-IF

Abbildung 5 Kommunikationspfade des GGSN

SGSN (Serving GPRS Support Node)

Der SGSN verbindet die MS (Mobile Station) über das BSS (Base Station

Subsystem).Die MS ist über das Um-Interface mit dem BSS verbunden, wel-

ches wiederum über das Gb-Interface mit dem SGSN geschaltet ist.

Der SGSN speichert Informationen über das MM (Mobility Management) und

den PDP-Kontext (Packet Data Protocol-Kontext) des jeweiligen Teilnehmers.

Bei Aktivierung des PDP Kontexts ermittelt der SGSN aufgrund der Transak-

tionskennung und PDP-Kennung, den zuständigen GGSN und leitet in der

Folge Datenpakete an diesen weiter.

In weiterer Folge kann der SGSN die Aufenthaltsinformation des einzelnen

Teilnehmers über das Gs-Interface an den MSC/VLR (Mobile Service Cen-

ter/Visited Location Register) senden. Die Interaktion zwischen SGSN und

MSC/VLR ist für die Koordinierung von Mobilstationen notwendig, unab-

hängig davon ob diese paketvermittelt oder leitungsvermittelt senden: Wenn

Location Area-Update (LA-update) zusätzlich zum Routing Area-Update (RA-

update) erforderlich ist, und bei einer Basis-GSM-Verbindung zur GPRS-MS.

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Die LA kommt aus der GSM-Welt und die RA vom GPRS-System. Eine LA

besteht aus einer oder mehrerer RAs. Eine RA ist die kleinste adressierbare

Einheit eines GPRS-Systems.

Der SGSN wird in der Literatur auch als 2G-SGSN Second Generation

SGSN bezeichnet. [21]

Abbildung 6 zeigt die Kommunikationspfade des SGSNs. Wie bereits beim

GGSN sind auch beim SGSN nur die Basisentitäten eingezeichnet, damit die

Funktion des SGSN transparent wird. Der 2G-SGSN kommuniziert mit den

PCUs (Packet Control Unit), die für die GPRS-Funktionalität im BSS zustän-

dig sind, via dem Gb-Interface. Darüber laufen Daten- wie Signalisierungs-

protokolle. Für internationales Roaming zu anderen Netzen erfolgt der

Datenaustausch über das Border-Gateway (Gp-Interface). Das X3P-Interface

ist eine Schnittstelle zur LEA (Law Enforcement Authority). Diese Entität

dient der behördlichen Verbindungsüberwachung.

Zum GGSN, und weiter in ein externes IP-Netzwerk, erfolgt die Übertragung

der Daten- und Signalisierungprotokolle über das Gn-Interface. Die Verbin-

dung (nur Signalisierung) zum DNS (Domain Name Server) ist notwendig,

um die APN-Adressen (Access Point Name-Adressen) richtig zuordnen zu

können.

Border

Gateway

2G-

SGSN

GPRS

backbone network

GGSN

Externes IP

Netzwerk

(z.B. Internet)

Firewall

(optional)

X3P-IF

Gp-IF

Gn-IF

Gb-IF

Intern. Roaming:

Daten

Signalisierung

Abhören:

nur Daten

Daten

Signalisierung

Daten

Signalisierung

APN Adressen-

Auflösung

Routing

(RIP, OSPF, ...)

Gi-IF

Details

Seiten
Erscheinungsform: Originalausgabe
Jahr: 2001
ISBN (eBook): 9783832465285
ISBN (Paperback): 9783838665283
DOI: 10.3239/9783832465285
Dateigröße: 1.2 MB
Sprache: Deutsch
Institution / Hochschule: Fachhochschule Salzburg – Studiengang Telekommunikationstechnik & -systeme
Erscheinungsdatum: 2003 (März)
Note: 1,0
Schlagworte: ns-simulator tel/tk erlang c-formel pareto-verteilung warteschlangensysteme

Autor

Martin Schober (Autor:in)

Untersuchungen zu Traffic Engineering im UMTS Core-Network

Zusammenfassung

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Details

Autor

Martin Schober (Autor:in)