einleitung wlan bluetooth gsm gprs hscsd umts mobile gis drahtlose anbindung an internet und gis
TRANSCRIPT
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Mobile GIS
Drahtlose Anbindung an Internet und GIS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Inhalt
Motivation Drahtlose Netze Wireless LAN Bluetooth GSM GPRS HSCSD UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Motivation Steigerung von Flexibilität und
Mobilität• immer und überall bequem Zugang zum
Internet• Zwei Aspekte der Mobilität
• Benutzermobilität: Der Benutzer kommuniziert (drahtlos) “zu jeder Zeit an jedem Ort, mit jedermann“.
• Gerätemobilität: Ein Endgerät kann zu einer beliebigen Zeit, an einem beliebigen Ort im Netz angeschlossen werden.
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Drahtlose Netze
Drahtlos vs. Mobil Beispiele
stationäre Arbeitsplatzrechner
WLANs in nicht verkabelten Gebäuden
Personal Digital Assistant
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Kategorien drahtloser Kommunikation
Mobiltelephonie
Systeme drahtloser Kommunikation
drahtlose lokale Netze
Wireless Personal Area Networks
Zellularer Mobilfunk Schnurlos
-TelefonieGSMGPRS / HSCSDUMTS
DECT
Wireless LAN
HIPERLAN
Wireless ATM
Home RF
Funk Infrarot
Bluetooth IrDA
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Wireless LAN nach IEEE 802.11 jeder Rechner erhält ein Sende- u.
Empfangsmodul: die Netzwerkkarte Datenübertragung per Funk
• weltweit im Frequenzbereich um ca. 2,4 GHz
Teilnehmer des WLANs können • unmittelbar miteinander Verbindung
aufnehmen• über eine als “Brücke“ fungierende
Zentralstation (Access Point) kommunizieren
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Architektur - Ad-hoc Netzwerk Direkte Kommunikation mit
begrenzter ReichweiteStation (STA): Rechner mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose MediumBasis Service Set (BSS):Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen=> Unterschiedliche BSSs durch Raummultiplex (genügend Abstand) oder Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Architektur - Infrastrukturnetz
Access Point (AP): Station, die sowohl in das Funk - LAN als auch das verbindende Festnetz integriert ist
Distribution System (DS): Verbindung verschiedener Zellen um ein Netz zu bilden z.B. Ethernet - Netzwerk
Festnetz
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Charakteristik Reichweite
• Offen = im Freien• Halboffen = z.B. Flure, Großraumbüros mit Sichtschutz, Fabrikhallen• Geschlossen = z.B. geschlossene Räume
Kapazität Brutto: 11 Mbit/s Netto: 400 - 600 KByte/s
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Anwendungen spontane Netzwerke
• Benutzer von mobilen PCs können spontan Netzwerkverbindungen untereinander herstellenDaten austauschengemeinsame Druckernutzung
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Anwendungen
drahtlose Büros• kleine Netzwerke mit mehreren PCs
gemeinsamer Zugriff auf Dateien, Druckerdirekte Verbindung zum Internet über
integrierten ISDN - Router
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Anwendungen
Mobile Networks• Mitnahme des Notebook in
Konferenzen, zu Präsentationen oder zu einem anderen Arbeitsplatz
• dabei immer online mit Intranet verbunden
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Bluetooth
Kurzstrecken - Funkstandard zur Übertragung von Daten u. Sprache• weltweit lizenzfreies 2,4 GHz Band
Bluetooth - Funkmodul• 35 x 14 x 2 mm gross• Kosten: ca. 15 € => 5 €• in unterschiedlichste Geräte einbaubar
z.B. Notebook, Handy, PDA, Drucker, Digitalkamera
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
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HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Frequency Hopping Arbeitsbereich: 2,402 GHz - 2,480
GHz• kommunizierende Geräte “springen“
gemeinsam durch den Frequenzraum• 79 Schritte zu je 1 MHz Abstand• Frequenzwechsel: 1600 Mal pro Sek.
kommunizierende Geräte müssen übereinstimmen in: gewählten
Frequenzsprüngen Timing
Netze in räumlicher Nähe stören sich nur, wenn sie zufällig zum gleichen Zeitpunkt die gleiche Frequenz verwenden
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Bluetooth-Netz: Piconet jedes Gerät hat eine eindeutige 48-
bit-Adresse u. eine eigene Uhr Piconet besteht aus
• einem Master• einem oder mehreren (max. 7) Slaves
Master definiert die Frequenzy Hopping Parameter = übernimmt Steuerfunktion• reine Master/Slave-Kommunikationkeine Kommunikation der Slaves untereinander
Einleitung
WLAN
Bluetooth
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Scatternets
Bluetooth Geräte können in mehreren Piconetzen mitwirkenScatternet
Jedes Gerät kann zu jedem Zeitpunkt an genau einem Piconet teilnehmen.
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WLAN
Bluetooth
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WLAN
Bluetooth
GSM
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HSCSD
UMTS
Charakteristik
Reichweite• 10 m• 100 m mit zusätzlichen Verstärkern
Kapazität• 1 Mbit/s
keine Sichtverbindung erforderlich
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UMTS
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WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Anwendungen Postkarten können selbst
erstellt u. sofort verschickt werden:• Kamera übermittelt die Fotos
unmittelbar zum Handy• Über GSM wird das Bild zum
Laptop übertragen
universeller Internet-Zugriff über die Funkstrecke: unmittelbar auf Zugänge zum
Internet-Festnetz auf ein mobiles Telefon, das
dann drahtlose Kommunikation über größere Entfernungen ermöglicht
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WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
GSM Global System for Mobile communication
Grundlage: zahlreiche Basisstationen mit Sende- u. EmpfangsantenneVersorgung / Überdeckung eines
bestimmten Bereichs (Zelle)• Verwendung des 900 bzw. 1800 MHz
FrequenzbandesGSM 900 (D-Netz)GSM 1800 (E-Netz)
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WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
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UMTS
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WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Netzstruktur
verfügbare Frequenzen sind beschränkteffiziente Nutzung ist erforderlich
Zellulare Netze
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Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Einleitung
WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Zellulare Netze
Frequenzen wirken nur auf geographisch begrenztem Raum• jeder Zelle wird eine Frequenz
zugeordnetWiederverwendung in ausreichender
Entfernung benachbarte Sender müssen auf
unterschiedlichen Frequenzen arbeiten
mehrer Zellen werden zu einem Cluster zusammengefasst
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
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WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Netzarchitektur
MS = Mobile Station
BTS = Base Tranceiver Station nächstgelegen Basisstation
BSC = Base Station ControllerKontrolleinrichtung der Basisstationen unterstellt sindLenkung u. Kontrolle des
Datenverkehrs
MSC = Mobile Switsching CentersMobilvermittlungsein-richtung
ermöglicht Zugang zu anderen Netzen
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Duplexübertragung
Ziel: Übertragung zwischen beiden Endpunkten “gleichzeitig“
Trennung der Kommunikation• vom mobilen Gerät zur Basisstation
= Uplink• von der Basisstation zum mobilen
Gerät = Downlink
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Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
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WLAN
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Frequenzy Division Duplex (FDD)
Nutzung verschiedener Frequenzen für Uplink u, Downlink
in GSM
Einleitung
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UMTS
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WLAN
Bluetooth
GSM
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HSCSD
UMTS
Vielfachzugriffsverfahren
Ziel: Auf dem Funkkanal in Reichweite einer Basisstation wollen mehrer Mobilstationen gleichzeitig aktiv sein.
Time Division Multiple Access (TDMA)Frequency Division Multiple Access
(FDMA) GSM verwendet eine Kombination aus
beidem
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GSM
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UMTS
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GSM
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HSCSD
UMTS
FDMA in GSM
25 MHz Bänder (je Uplink u. Downlink) werden in 125 Kanäle zu je 200 kHz geteilt
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UMTS
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GSM
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UMTS
TDMA in GSM
jeder Frequenzkanal wird zyklisch in 8 Zeitschlitze (Slots) unterteilt
1 Zyklus hat die Länge 4.613 ms 1 Zeitschlitz hat die Länge 15/26 ms Bruttodatenrate im Gesamtkanal (200 kHz) ist 271
kbit/s Bruttodatenrate pro Zeitschlitz ist 33.875 kbit/s 8 physikalische Kanäle (je 33.875 kbit/s) pro
Funkkanal
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GSM
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WLAN
Bluetooth
GSM
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HSCSD
UMTS
Charakteristik
maximale Datenübertragungsrate: 9,6 kBit/s• ausreichend für:
• Übersendung von e-mails ohne Dateianhang
• Ansicht schlanker Webseiten
Abrechnung nach ZeitNachrüstung von zwei neuen Techniken mit höhere Übertragungsrate
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GSM
GPRS
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UMTS
GPRSGeneral Packet Radio Service
Vorstufe zur 3. Mobilfunkgeneration setzt auf bestehendem GSM-
Standard auf das bestehende
Funknetz wird weiter verwendet
• keine neuen Antennen
• das Transportnetz ist neu
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GSM
GPRS
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Datenübertragung
paketorientierte Datenübertragung nicht verbindungsorientierte Datenübertragung• Daten werden in Form von Paketen
verschickt, jedes mit einer eigenen Zieladresse
• Funkkanal wird nur belegt, wenn tatsächlich Daten übertragen werden
drei mal so effizient wie verbindungsorientierte Datenübertragung
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HSCSD
UMTS
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WLAN
Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Onlineverbindung
wenn ein Teilnehmer gerade keine Daten überträgt• bleibt er online u. im Netz eingebucht• aber der teure Funkkanal wird einem
anderen Kunden zur Datenübertragung zur Verfügung gestellt
Verbindungsaufbau wesentlich schneller als bei GSM
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Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Datenübertragung
Bündelung mehrerer Zeitschlitze möglich Erhöhung der Geschwindigkeit
• theoretisch Obergrenze 171,2 kbit/s
Spalten: Zeitschlitze 1-8 Zeilen: Codierverfahren CS1-CS4 Codierverfahren bestimmt Nettodatenrate u.
Übertragungssicherheit Bruttodatenrate beträgt immer 22,8 kbit/s Nettodatenrate ist niedriger Differenz wird zur Fehlersicherung verwendet
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UMTS
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HSCSD
UMTS
Charakteristik
Wählverbindungen sind nicht möglich• Festnetzgegenstellen (z.B.
Einwahlmodems) können nicht angerufen werden
direkte Verbindung zum öffentlichen Internet besteht immer• über Internet-Gateway des jeweiligen
Netzbetreibers
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Anwendungen
sinnvoll, wenn man ständig online sein muss, aber nur wenig Daten befördert werdenz.B. Abruf von Nachrichten oder E-Mails
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UMTS
HSCSDHigh Speed Cuicut Switched Data
für E-Netze im Frequenzbereich von 1800 MHz konzipiert
Leistungsfähigkeit eines einzelnen Kanals: 9,6 bis 14,4 kBit/s
Kanalbündelung• dem Nutzer werden mehrere Kanäle
zugewiesen• theoretisch 8, realisiert 4
Steigerung der Übertragungskapazität auf 38,4 bis 57,6 kBits/s
Abrechnung nach Zeit
Einleitung
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UMTS
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Charakteristik
für Wählverbindungen gedacht• beliebige Modem oder ISDN-
Gegenstellen im Festnetz können erreicht werden (z.B. der heimische PC)
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GSM
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Kosten
GPRS ist zur Zeit sehr teuer• HSCSD ist schon ab einigen Mbyts
pro Monat empfehlenswert z.B.
• 1MByte koste via HSCSD zwischen 0,36 und 7,93 €
• dieselbe Datenmenge via GPRS kann bis zu 30 € kosten
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GPRS
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UMTS
Test
Ausrüstung: Notebook und Handy, durch Datenkabel verbunden
Testobjekt: 1MByte große Zip-Datei auf einem Server, der sie mit 80 bis 200 Kbyte/s über eine Standleitung liefert
Durchführung: • Einwahl ins GPRS-Netz (T-D1) im
stehenden Fahrzeug (Handyanzeige: “optimal“ )
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GPRS
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UMTS
Test
• Start des Dateidownloads• Unterbrechung der GPRS-Verbindung
kurz nach der Abfahrt (Handyanzeige: “Normalbetrieb“)
• Neustart des Handys u. der Modemverbindung
• Übertragungsraten zwischen 2,3 u. 1,86 Kbyte/s
• während der Fahrt zwischenzeitlich auch schlechter
• nach 3 Minuten = 27 Prozent: Download stockt (Display zeigt Verbindung an, Daten wandern aber keine mehr)
Einleitung
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
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Bluetooth
GSM
GPRS
HSCSD
UMTS
Test
letzter Versuch im fahrenden Auto:• Übertragungsraten zwischen 1,26 u. 2,0
KByte/s• Abbruch nach 10 Minuten
(Fehlermeldungen)• Neustart
neuer Versuch in stehendem Auto:• Übertragungsraten zwischen 2,4 u. 3,5
KByte/s ohne ProblemeMobiles Surfen am besten im Stau
Einleitung
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GPRS
HSCSD
UMTS
UMTSUniversal Mobile Telephone System
Mobilfunksystem der 3. Generation Datendurchsätze
• 384 kbit/s im Allgemeinen• später 1,92 Mbit/s auf kurzen Strecken
Netzarchitektur von UMTS baut auf der bestehenden Netzarchitektur von GSM u. GPRS auf
GPRS eignet sich sehr gut zur Übertragung von Bildern
UMTS eignet sich sehr gut zur Übertragung von bewegten Bildern
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GSM
GPRS
HSCSD
UMTS