Bezprzewodowe Sieci Komputerowe - bsk.tomana.netbsk.tomana.net/bsk-wyklad-3-4.pdf · Bezprzewodowe...

Bezprzewodowe Sieci Komputerowe

Wykład 3,4

Marcin [email protected]

WSIZ 2003

© Marcin [email protected][2/49]

Ogólna Tematyka Wykładu

� Telefonia cyfrowa� Charakterystyka oraz zasada działania

współczesnych sieci komórkowych� Ogólne zasady przetwarzania sygnałów

w sieciach komórkowych� Transmisja danych w systemach GSM� Telefonia komórkowa 3G - UMTS� Technologie SMS, MMS� Praktyczny monitoring sieci GSM


� Książka autorstwa B.Mandzij, M.Tomana �Bezprzewodowe Sieci Komputerowe�, WSIZ 2001

� Witryna edukacyjna WSIZ autorstwa M.Tomana � http://www.bsk.tomana.net

� Gazeta NetWorld (numery:7/97, 5/99, 3/01 10/02, 1/03)

� Witryny w internecie:� www.gsm.org� www.gnokii.org

Materiały do wykorzystania

Telefonia cyfrowa DECT

Bezprzewodowe Sieci KomputeroweMarcin Tomana ([email protected])

Zasada działania telefonii bezprzewodowej DECT


Charakterystyka systemu DECT(Digital Enhanced Codless Telecommunications)

� Transmisja na odległość kilkuset metrów od stacji bazowej (możliwe od kilkunastu metrów do kilku kilometrów)

� Najczęściej stosowany jako bezprzewodowy telefon domowy

� Możliwe stosowanie jako dostęp do LAN� Uzupełnienie systemów komórkowych� Stacje bazowe tworzą mikrokomórki


Architektura Systemu DECT� CCFP (Central Control Fixed Part) � centrum sterowania� RFP (Radio Fixed Parts) � stacje bazowe� PP (Portable Parts) � stacje ruchome

CCFP

RFPRFP RFP

Do innych systemówtelekomunikacyjnych

Część stała

PP PP PP PP PP PP PP PP PP PP

Części ruchome


Charakterystyka techniczna

� Pasmo częstotliwości 1880-1900MHz� 10 kanałów częstotliwościowych o szerokości

1,728MHz� Kanał dzielony jest na 12 szczelin czasowych

dla każdego kierunku� Dwukierunkowość uzyskuje się metodą podziału

czasu (TDD)� Czas trwania szczeliny 417ms. (365ms -

informacje, 52ms � przedział ochronny)� 480 bitów w szczelinie (324 bitów danych)


Struktura ramek TDMA


Transmisja mowy w DECT

� 13-bitowy przetwornik A/C� Częstotliwość próbkowania 8kHz� Kodowanie z wykorzystaniem

adaptacyjnej, różnicowej modulacji impulsowo-kodowej (ADPCM)

� Przepływność kodera � 32kbit/s� Przepływność strumienia � 1,152Mbit/s� Modulacja metodą GMSK� Dopuszczalna prędkość poruszania się

stacji ruchomej to 20km/h


Przydział kanałów w DECT

� Zasada dynamicznego przydziału kanałów� Stacja ruchoma przegląda całe dostępne pasmo i dostraja

się do najlepiej odbieranej stacji bazowej i ustala najlepszy kanał fizyczny tej stacji.

� Stacja bazowa przydziela wolny kanał. � Stacja ruchoma może znaleźć lepszy kanał i zgłaszać żądanie

� Istnieje możliwość zmiany stacji bazowej

� Przydzielanie wielu kanałów� W transmisji danych cyfrowych do 552kbit/s


Zastosowania DECT

� Mieszkanie prywatne2-8 telefonów, przekazywanie połączeń, bezpłatny interkom

� Biuroswobodne przemieszczanie się pracowników, połączenie wewnętrzne

� Przyłącza do LAN� Systemy radiowego dostępu

abonenckiego SRDAsyst. o podwyższonej mocy (250mW) dla rozległego środowiska wiejskiego o małej gęstości ruchu

PODSUMOWANIE

1. Ogólna charakterystyka systemu2. Architektura systemu DECT3. Charakterystyka techniczna systemu DECT4. Przydział kanałów w DECT5. Transmisja mowy w DECT6. Zastosowania DECT

Sieci komórkowe GSM


Zasada działania sieci komórkowej GSM


Charakterystyka GSM(Global System for Mobile Communications)

� Sieci komórkowe są odmianą systemów telefonii cyfrowej

� Główne przeznaczenie to transmisja głosu (w postaci cyfrowej)

� Duża dostępność, niskie koszty sprzętu i usług


Zasada działania sieci komórkowych

� Zajmowane pasmo częstotliwości radiowych podzielono na zbiór częstotliwości nośnych

� Obszar działania sieci podzielone na fragmenty (komórki)

� Każda komórka zawiera stację bazową� Różne komórki wykorzystują różne

częstotliwości nośne (1 komórka � 1-16 częstotliwości)

� Terminal komórkowy porównuje poziom sygnału z różnych komórek

� Łącze dwukierunkowe z rozdziałem częstotliwości dla kierunku �w dół� i �w górę�


Elementy funkcjonalne systemu GSM

� Stacje ruchome ME (ME+SIM)ME (Mobile Equipment), SIM (Subscriber Identity Module)

� Centrala systemu ruchomego MSCMSC (Mobile Switching Centre) komutacja między abonamentami

� Centrala transportowa GMSCGMSC (Gateway Mobile Station Switching Centre) � komutacja między abonamentami sieci zewnętrznych

� Rejestry stacji własnych i obcychHLR (Home Location Register), VLR (Visitors Location Register) �informacja o położeniu terminala

� Centrum Identyfikacji AuCAuC (Authentification Centre) � identyfikacja abonenta

� Rejestr identyfikacji wyposażenia EIQEIQ (Equipment Identification Register) � identyfikacja stacji

� Centrum eksploatacji i utrzymania OMCutrzymanie zasad eksploatacji oraz utrzymanie w stanie roboczym systemu


Architektura systemu GSM


Wersje systemu GSM

�w górę�: 890 + 0,2⋅(n � 1024)�w dół�: 935 + 0,2⋅(n � 1024)

975do 1023

17435E-GSM

�w górę�: 1805 + 0,2⋅(n � 511)�w dół�: 1710 + 0,2⋅(n � 511)

512 do 88537475GSM1800

�w górę�: 890 + 0,2⋅n�w dół�: 935 + 0,2⋅n

1 do 12412425GSM900

Częstotliwość widma kanałów [MHz]

Numeracja kanałów, n

Liczba kanałów

Szerokośćpasma [MHz]

Wersja

System GSM1900 jest analogiczny do 1800 tylko że wykorzystuje częstotliwości o 100Mhz wyższe


Charakterystyka techniczna GSM

� Szerokość pasma częstotliwościowego kanału to 200kHz

� Przedziały ochronne o szerokości 100kHz� W kanale 8 kanałów rozmówniczych� Jednostki transmisji to ramki TDMA� Największa dopuszczalna prędkość stacji

ruchomej to 250km/h (GSM900) i 130km/h (GSM1800)

� W kanałach fizycznych kanały logiczne dla: sygnałów mowy i sterujących, danych użytkownika, inf. wewn. GSM


Ramki TDMA w GSM(Time Division Multiple Access)

� Ramka TDMA � 8 szczelin czasowych w określonym kanale częstotliwości

� Długość ramki � 4,615ms� Długość szczeliny - 577µs� W poszczególnej szczelinie pakiet �

148bitów� Czas trwania pakietu to 546µs� Odstęp ochronny pomiędzy pakietami to

ok. 30µs


Pakiety w ramkach TDMA

� Pakiet podstawowy � sygnały mowy lub dane

� Pakiet korekcji częstotliwości �synchronizacja częstotliwości terminala

� Pakiet synchronizujący � synchronizacja ramkowa

� Pakiet odstępu � ustalenie odległości od stacji oraz wyprzedzenia przy nadawaniu

� Pakiet zastępczy


Budowa hiperramek TDMA

� Wieloramka� 26 ramek z sygnałem mowy lub 51 ramek z

sygnałami sterującymi� Superramka

� 1326 ramek (51 wieloramek mowy lub 26 wieloramek sterujących)

� Hiperramka � 2048 superramek� Czas trwania ok. 3.5h

Transmisja głosu w sieciach komórkowych GSM


Transmisja głosu w GSM

� Niewielka przepływność strumienia binarnego � efektywne wykorzystanie zasobów radiowych

� Jakość transmisji porównywalna z systemami analogowymi (przy transmisji głosu)

� Ograniczenie transmisji w momentach, gdy abonent jest chwilowo nieaktywny


Etapy przetwarzania sygnału mowy w GSM

Digitalizacja ikodowanie

mowy

Kodowaniekanałowe

Przeplot Szyfrowanie Modulacja

Demodulacja Rozszyfrowa-nie

Rozplot Dekodowaniekanałowe

Dekodowaniemowy

Kanał radiowy

Sygnał mowy


Digitalizacja sygnału mowy

� Ograniczenie pasmowe (do 4kHz)� Próbkowanie z częstotliwością 8kHz (okres

T=125µs)� Próbki są kwantowane w 13bitowym

przetworniku A/C� Przepływność strumienia na wyjściu

przetwornika A/C to 104kbit/s (8000·13)� Dzielony na bloki po 160 próbek � fragment

mowy 20ms (ramki sygnału mowy)� Kompresja mowy do strumienia 13kbit/s� Każdy fragment mowy o długości 20µs to

ramka 260 bitów na wyjściu (50 ramek/sek.)


Kodowanie kanałowe� Zabezpieczenie przesyłanej informacji przed wpływem

zakłóceń� Wprowadzenie bitów dodatkowych do wykrywania i

poprawy błędów� Całkowicie inny w transmisji danych i mowy� Z wejściowych 260 bitów robi się 456 bitów� Przepływność z 13kbit/s robi się 28,8kbit/s

Nazwa grupy bitów

liczba bitów

zabezpieczenie liczba bitów po kodowaniu

klasa I a 50 kod blokowy i kod splotowy

(50+3)⋅2=106

klasa I b 132 kod splotowy 132⋅2=264

bity �O� 4 kod splotowy 4⋅2=8

Klasa II 78 78

Razem: 260 bitów Razem: 456 bitów


Modulacja w systemie GSM

� Binarna modulacja GMSK (GaussianMinimum Shift Keying) � binarne kluczowanie częstotliwości z gaussowskim kształtowaniem impulsów z ciągłą fazą

� Wielowartościowa modulacja na obecnym poziomie technologicznym niemożliwa

� Ramki TDMA na wejściu to 1250bitów �przepływność 270,8kbit/s

Transmisja danych w sieciach komórkowych GSM


Transmisja danych w sieciach GSM

� Ogólny przypadek z wykorzystaniem modemów analogowych - 9,6kbit/s

� Gdy transmisja do terminali cyfrowych ISDN to również konwersja do 9,6kbit/s

� Gdy abonenci w ramach 1 centrali MSC to transmisja 12kbit/s


Podstawy transmisji w GSM

� Inne kodowanie kanałowe� Standardowa prędkość 9,6kbit/s (V.32)� Stopa błędów nie gorsza niż 10-3

� Przez zastosowania kodowania protekcyjnego możliwe 14,4kbit/s (V.32bis)

� Wykorzystywana 1 szczelina w ramce TDMA � zajętość pasma taka jak przy zwykłej rozmowie z terminala


Standard HSCSD(High Speed Circuit Switched Data)

� Możliwość wykorzystania wielu szczelin czasowych w ramce TDMA

� Prędkość zwielokrotniona (np. przy 3 szczelinach to 43,3kbit/s)

� Zmniejszenie pojemności sieci


Pakietowa transmisja GPRS(General Packet Radio Service)

� Nazywany GSM Faza 2+ � Standardowo oraz w HSCSD wykorzystywana jest

komutacja kanałów (ograniczenie pojemności sieci)

� GPRS to transmisja pakietowa czyli komutacja pakietów

� Wykorzystywana sieć tylko podczas transmisji� Pasmo może być ograniczane przez stacje bazowe� Prędkość maksymalna to 171,2kbit/s� 4 różne typy kodowania kanałów: CS1,CS2,CS3,

CS4 o przepływn. 9.05, 13.4, 15.6, 21.4kbit/s


Telefonia komórkowa 3G � UMTS(Universal Mobile Telecomunication System)

� Rozwiązuje problemy zapotrzebowania na szybką transmisję

� Utrzymano ewolucyjne przejście z systemów 2G do 3G

� Hierarchiczna infrastruktura komórek (nawet do 500km w satelitarnej wersji)

� Wiele typów transmisji danych� Przepływność nawet do 2Mbit/s przy

małych komórkach


Charakterystyka techniczna UMTS

� Pasmo w pięciu zakresach� Przypuszcza się że zapotrzebowanie na

kolejne pasma wzrośnie wielokrotnie� Pasmo o szerokości 170MHz dla

segmentu naziemnego1885-1980Mhz, 2010-2025Mhz, 2110-2170Mhz

� Pasmo o szerokości 60Mhz dla segmentu satelitarnego1980-2010Mhz, 2170-2200Mhz

Usługi dodatkowe w sieciach GSM



Wiadomości SMS(Short Message Service)

� Największy sukces wśród usług dodatkowych

� Operatorzy stacjonarni również wprowadzają takie usługi

� Maksymalnie 160 znaków (140 bajtów przy 7bitowym kodowaniu)

� Przekaz przez centrum obsługi wiadomości (SC � Service Center)

� Słowniki T9 zwiększają ruch o 25%� Możliwy przekaz rozsiewczy (SMS-CB)


Aspekty techniczne transmisji SMS

� Specyfikacja ETSI GSM 03.38 v.7.0.0.� Osobny specjalny kanał sygnalizacyjny

(zwykle 9,6kbit/s)� Czas trwania przesyłu zależny od

zajętości kanału sygnalizacyjnego� Liczba kanałów oraz ich prędkość

zależna od operatora i może się zmieniać wewnątrz sieci

� Dłuższe wiadomości dzielone na pakiety autonomicznie transmitowane przez sieć


Klasy SMS

� Klasa 0 � SMSy bezpośrednio na ekran telefonu (inf. o poczcie, serwisy informacyjne)

� Klasa 1 � SMSy do telefonu komórkowego (loga, dzwonki, itp.)

� Klasa 2 � SMSy do karty SIM � normalne wiadomości

� Klasa 3 � przekazy do innych urządzeń połączonych za pomocą kabla


Wiadomości EMS(Enchanced Message Service)

� Przekaz grafiki, animacji, dźwięku� Transmisja przy pomocy serii SMS �

nawet do 255� Nie wymaga rozwoju infrastruktury -

jedynie nowszych telefonów� Różne kodowania grafiki różnych

producentów telefonów� NOKIA nie obsługuje EMS


Wiadomości MMS(Multimedia Message Service)

� Pełne przekazy multimedialne �wysokorozdzielcza kolorowa grafika, video, dobry dźwięk

� Transmisja przy pomocy GPRS� Przy wysłaniu na telefon nie obsługujący

MMS odbierany jest SMS z linkiem w internecie do pełnego przekazu

PODSUMOWANIE

1. Charakterystyka i architektura systemu GSM2. Elementy funkcjonalne systemu GSM3. Charakterystyka techniczna GSM4. Ramki TDMA5. Transmisja sygnału mowy6. Szybka transmisja danych w GSM - HSCSD7. Pakietowa transmisja danych GPRS8. Telefonia komórkowa 3G � UMTS9. Usługi dodatkowe w sieciach GSM

Monitoring sieci GSM



Podstawowe pojęcia

� BTS (Base Transceiver Station) � stacja nadawczo odbiorcza

� HR (Half Rate Traffic) � wolniejsza transmisja (do 6,5kbit/s)

� FR (Full Rate Traffic) � normalny tryb� EFR (Enhanced FR) � lepsze kodowanie

� lepsza jakość rozmowy


Przykład odczytu netmonitor funkcja #01

CH RxL TxPwrTS TA RQ RLT

C1 C2CHT

CH � numer kanału częstotliwości

TS � numer szczeliny TDMA

CHT � wykorzystywany kanał � tryb transmisji (SEAR=szukaniesieci, CBCH=kanał broadcast, TFR=rozmowa w trybie FR, TEFR=rozmowa w trybie EFR, F144=transmisja 14,4kbit/s, F96=transmisja 9,6kbit/s, SDCC=sygnalizacja, również sms

TA � informacja o ile wcześniej ma być wysyłany sygnał -> odległość od BTS (od TA*550m do (TA+1)*550m)


Przykład odczytu netmonitor funkcja #02

PM RAR Ro BCRelR QLFCRO TO PenTH MAIO HSN

BC � Numer identyfikacyjny komórki (z BTS)

H � skakanie po częstotliwościach (czy różne częstotliwości na nadawania i odbierania)

Pokaz praktyczny transmisji danych oraz monitoringu


Bezprzewodowe Sieci Komputerowe - bsk.tomana.netbsk.tomana.net/bsk-wyklad-3-4.pdf · Bezprzewodowe...

Documents

Transcript of Bezprzewodowe Sieci Komputerowe - bsk.tomana.netbsk.tomana.net/bsk-wyklad-3-4.pdf · Bezprzewodowe...