Protokolle und Dienste der Mobilkommunikation
Vertiefungsrichtung	MIKS
Vorlesender	Seitz
Ort	H3507
URL	Website

Information

Die Vorlesung findet immer montags um 15.00 Uhr im Raum XXXXX statt.

Die Übung ist Montags in geraden Wochen im Raum XXXXX um XXXX Uhr.

Kontrollfragen

Stand 21. März 2012

Wiederholung und Einführung

Wie stehen "Dienst" und "Protokoll" in Zusammenhang?
- Eine Schicht bietet der darüber liegenden einen Dienst an.
- Der Dienst wird durch das Zusammenwirken der Schichtinstanzen gemäß einem spezifizierten Protokoll erbracht.
Was beschreibt das ISO/OSI-Basisreferenzmodell? Wie ist es aufgebaut?
- Anwendungsbezug
  - [7] Anwendungsschicht (Application Layer, Schicht 7)
  - [6] Darstellungsschicht (Presentation Layer, Schicht 6)
  - [5] Kommunikationssteuerungsschicht (Session Layer, Schicht 5)
- Transportbezug
  - [4] Transportschicht (Transport Layer, Schicht 4):
  - [3] Vermittlungsschicht (Network Layer, Netzwerkschicht, Schicht 3)
  - [2] Sicherungsschicht (Data Link Layer, Schicht 2)
  - [1] Bitübertragungschicht (Physical Layer, Schicht 1)
Wie funktioniert das Zusammenspiel unterschiedlicher Schichten in einem geschichteten Kommunikationssystem?
- Im ISO/OSI-Basisreferenzmodell wird das Zusammenspiel von zwei Instanzen an der Dienstschnittstelle in einem Dienstmodell genau festgelegt. Die Zusammenarbeit erfolgt in den folgenden Schritten:
  - (N+1)-Instanz übergibt an der Dienstschnittstelle eine (N)-Interface Data Unit (N)-IDU.
  - Die (N)-Instanz teilt die (N)-IDU in zwei Teile auf:
    - transparent zu übertragende Nutzdaten: (N)-Service Data Unit (N)-SDU;
    - Steuerinformation: (N)-Interface Control Information (N)-ICI.
  - Zur Übertragung der (N)-SDU ist gemäß dem vereinbarten Telekommunikationsprotokoll eine (N)-Protocol Control Information (N)-PCI zu erzeugen, die gemeinsam mit der (N)-SDU die (N)-Protocol Data Unit (N)-PDU bildet.
  - Diese (N)-PDU wird transparent zwischen den N-Instanzen übertragen.
  - Zur Übertragung der (N)-PDU durch die darunter liegende Schicht ist entsprechende Kontrollinformation (N-1)-Interface Control Information für die untere Schnittstelle zu erzeugen; die (N)-PDU und diese (N-1)-ICI bilden somit die (N-1)-IDU.
Welche Aspekte müssen im Rahmen der Mobilkommunikation betrachtet werden?
- 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.
- Der Wunsch nach mobiler Datenkommunikation schafft den Bedarf zur Integration von drahtlosen Netzen in bestehende Festnetze:
  - im lokalen Bereich: Standardisierung von IEEE 802.11, ETSI (HIPERLAN)
  - im Internet: die Mobile IP-Erweiterung
  - im Weitverkehrsbereich: Anbindung an ISDN durch GSM, UMTS, LTE…
Was versteht man unter ortsabhängigen Diensten? Was ist hierbei der Unterschied zu kontextsensitiven Diensten? Detaillieren Sie dabei den Begriff "Kontext".
- Umgebungsbewusstsein
  - welche Dienste, wie Drucker, Fax, Telefon, Server etc. existieren in der lokalen Umgebung
- Nachfolgedienste
  - automatische Anrufweiterleitung, Übertragung der gewohnten
  - Arbeitsoberfläche an den aktuellen Aufenthaltsort
- Informationsdienste
  - „push”: z.B. aktuelle Sonderangebote im Supermarkt
  - „pull”: z.B. wo finde ich Pizza mit Thunfisch
- Nachfolgen der Unterstützungsdienste
  - Caches, Zwischenberechnungen, Zustandsinformation etc. „folgt” dem mobilen Endgerät durch das Festnetz
- Privatheit
  - wer soll Kenntnis über den Aufenthaltsort erlangen
Wie können Sie die Entwicklung im Bereich der Mobiltelefonie grob beschreiben?
- 1907 Kommerzielle Transatlantik-Verbindungen
- 1915 Drahtlose Sprachübertragung New York - San Francisco
- 1926 Zugtelefon auf der Strecke Hamburg - Berlin
- 1928 viele Feldversuche mit TV (Farb TV, Nachrichten, Atlantik)
- 1958 A-Netz in Deutschland
- 1972 B-Netz in Deutschland
- 1982 Start der GSM-Spezifikation
- 1986 C-Netz in Deutschland
- 1991 Spezifikation des DECT-Standards
- 1992 Start von GSM
- 1997 Wireless LAN - IEEE802.11
- 2002 Start von UMTS (in Japan)
- 2009 ersten kommerziellen LTE-Netzwerke von TeliaSonera in Stockholm und Oslo in Betrieb genommen
- heute Arbeit an der 5. Generation
Welches vereinfachte Referenzmodell wurde für die Mobilkommunikation eingeführt? Erläutern Sie die Funktionen der jeweiligen Schichten und deren Beziehung zum ISO/OSI-Basisreferenzmodell.
- Anwendungsschicht
  - Dienstelokation
  - neue Anwendungen (Multimedia)
  - Adaptive Anwendungen
- Transportschicht
  - Staukontrolle, Flusskontrolle
  - Dienstqualität
- Netzwerkschicht
  - Adressierung, Wegewahl
  - Endgerätelokalisierung
  - Handover
- Sicherungsschicht
  - Authentifizierung
  - Multiplexing, Medienzugriff
  - Medienzugangskontrolle
- Bitübertragungsschicht
  - Verschlüsselung
  - Modulation
  - Interferenzen
  - Dämpfung
  - Frequenzen
Was versteht man unter dem Begriff "Overlay-Netze"? Was bedeuten in diesem Zusammenhang "vertikaler Handover" und "horizontaler Handover"?

DECT und TETRA

Welche Anwendungsbereiche von DECT können Sie nennen?
- Schnurlos-Telefonie (Trend: immer kleinere und leichtere Geräte mit mehr Funktionen und längerer Standby-Zeit)
- Datenübertragung (Konkurrenz zu Bluetooth)
- Wireless Local Loop (Überbrückung der „letzen Meile“ zum Telefonnetz mit Funk)
- Öffentliche Mobilfunknetze (bisher nur Pilotstadium in Finnland und Italien)
- Direktverbindung zwischen Mobilteilen (ohne FP, Walkie-Talkie-Funktion)
Beschreiben Sie die DECT-Systemarchitektur. Welche Referenzpunkte können Sie dabei identifizieren?
Welche ISO/OSI-Schichten deckt der DECT-Standard ab? Welche Ebenen müssen dabei unterschieden werden?
Welche Komponenten innerhalb eines Datenfelds im DECT-Rahmen können Sie identifizieren? Wozu dienen diese Komponenten?
Welche Identifikationen sind für den Betrieb von DECT relevant?
- DECT –Identifikation Fixed Part
  - Basisstationen senden ihre Identifikation (Radio Fixed Part Identity, 40 bit) aus
    - Globaler Teil (Access Right Identity, 31 –36 bit) zur Kennzeichnung des Dienstanbieters
    - Lokaler Teile (Radio Fixed Part Number) zur Identifikation der Basisstation innerhalb eines Verbundes
- DECT –Identifikation Portable Part
  - In DECT sind 16 Nutzerklassen (Portable User Type PUT) möglich, von denen 7 definiert sind
  - Jeder Nutzer identifiziert sich durch eine (lokal) eindeutige International Portable User Identity (IPUI)
Wie wird gewährleistet, dass ein Besitzer eines DECT-Mobilgeräts nicht über die DECT-Basisstation seines Nachbarn telefonieren kann?

Anmelden mit Teilnehmer-Authentifikation basierend auf dem DECT Authentication Module Authentisierung bei jedem Rufaufbau durch Challenge-Response-Verfahren Jede PP hat eigenen Schlüssel FP schickt Zufallszahl (Challenge) an PP PP berechnet daraus und dem Schlüssel eine Antwort (Response) FP vergleicht diese Antwort mit lokal berechnetem Ergebnis Verschlüsselung durch einen bei der Authentisierung separat berechneten Sitzungsschlüssel (nicht verbindlich)

DECT unterstützt auch die Möglichkeit eines Handovers. Von wem geht der Handover-Wunsch aus? Welche Arten des Handovers müssen unterschieden werden?
- Eine Verbindung wird von einem Kanal auf einen anderen Kanal umgeschaltet
  - über die selbe RFP (Intracell Handover)
  - über eine andere RFP (Intercell Handover)
- Handover erfolgt bei Störungen oder Signalabschwächung
  - Bewertung der Qualität des A-, X-und Z-Feldes
  - Im Protected Mode wird auch das B-Feld berücksichtigt
- Einleitung des Handovers immer durch PP
- FP kann Handover-Wunsch andeuten durch Übertragung der Uplink-Verbindungsqualität
- Nahtloser (seamless) Handover: für kurze Zeit bestehen zwei Verbindungen in unterschiedlichen Zeitschlitzen
Erläutern Sie den Rufaufbau ausgehend von einem DECT-Mobilgerät.

Rufaufbau Immer von PP aus Im Fall eines ankommenden Rufs geht ein Paging voraus PP wählt den am wenigsten gestörten Kanal und sendet eine Rufanfrage (Outgoing Call Request) mit Anzahl benötigter Kanäle FP empfängt immer auf unbenutzten Kanälen (Verzögerung maximal 160 ms aufgrund Rahmendauer) FP schickt Bestätigung (Outgoing Call Information) mit einer Liste der von FP aus gesehen besten Kanäle Pilotverbindung (ausreichend für Telefonie) steht PP sendet eventuell Anforderungen (Physical Channel Request) weiterer Kanäle FP bestätigt diese Anforderungen durch eine Physical Channel Confirmation

Welche Dienste wurden für DECT spezifiziert? Wodurch wird eine Interoperabilität unterschiedlicher Hersteller von DECT-Geräten sicher gestellt?

Generic Access Profile(GAP) Grundlegende Zugangsschnittstelle, die von allen DECT-Geräten realisiert werden muss DECT/GSM Interworking Profile(GIP) FP wird über A-Schnittstelle an das MSC eines GSM-Netzes angeschlossen, die Protokolle hierzu sind im GIP genormt ISDN Interworking Profiles(IAP und IIP) IAP: FP und PP erscheinen zusammen als ISDN-Endgerät IIP: FP und PP bilden eine Transparente DECT-Verbindung zwischen ISDN-NT und ISDN-Endgerät Radio Local Loop Access Profile(RAP) Cordless Terminal Adapter übernimmt die Funkverbindung zum RFP (bis zu 5km ohne Repeater) Cordless Telephone Mobility Access Profile Roaming zwischen verschiedenen RFPs Data Service Profiles Unterschiedliche Profiles für verschiedene Netztechniken und Anwendungen (Ethernet, Multimedia, isochrone Datenübertragung, ...)

Was ist TETRA? Beschreiben Sie die Einsatzmöglichkeiten und die angebotenen Dienste.

Bündelfunksysteme (trunked radio) viele verschiedene Trägerfrequenzen eine Frequenz wird kurzzeitig einem Benutzer/einer Nutzergruppe zugewiesen Taxi-Service, Flottenmanagement, Notfalleinsätze Schnittstellen zu öffentlichen Netzen, Sprach-und Datendienste sehr zuverlässig, schneller Verbindungsaufbau, typischerweise nur lokaler Betrieb TETRA -ETSI Standard früher: Trans European Trunked Radio bietet Voice+Data und Packet Data Optimized Dienste point-to-point und point-to-multipoint Gruppenrufe, Rundrufe, sehr schneller Gruppenverbindungsaufbau mehrere Frequenzen: 380-400 MHz, 410-430 MHz FDD, DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) ad-hoc und Infrastrukturnetzwerke

GSM

Erläutern Sie technische Aspekte und Leistungsmerkmale des GSM-Systems. Was bedeutet der Begriff "Roaming"? Skizzieren Sie das GSM-Referenzmodell. Welche Referenzpunkte können Sie dabei nennen? Aus welchen Bestandteilen besteht das Funk-Subsystem in GSM und was sind die jeweiligen Aufgaben? Wozu dient das Netzwerk-Subsystem bei GSM? Welche Funktionen erfüllt das Betriebs- und Wartungssubsystem bei GSM? Erklären Sie, wie ein Mobilnetzteilnehmer bei einem ankommenden Anruf gefunden werden kann. Welche Vielfachzugriffsverfahren finden in GSM Anwendung? Was versteht man unter einem Handover? Welche Arten des Handovers sind bei GSM zu unterscheiden? Wann findet ein Handover statt? Was können Sie zu Sicherheitsvorkehrungen in GSM sagen?

Datendienste in GSM

Welche GSM-Datendienste kennen Sie? Welche Übertragungsraten lassen sich jeweils erreichen? Worauf basiert der "High-Speed Circuit Switched Data"-Dienst? Was ist der große Vorteil des "General Packet Radio Service"? Warum konnte dieser Dienst nicht kurzfristig eingeführt werden? Beschreiben Sie die GPRS-Architektur und die hierfür definierten Schnittstellen. Welche Geräteklassen können Sie hinsichtlich der Nutzung von GPRS unterscheiden? Was können Sie über die Bereitstellung von QoS für GPRS sagen? Wofür wird bei GPRS ein Session-Management benötigt? Beschreiben Sie die Protokollarchitektur, die für GPRS definiert wurde. Was ist die Funktion der jeweiligen Protokolle? Beschreiben Sie grob die Wegewahl bei GPRS? Welche Adressen sind relevant, wenn Sie mit ihrem GPRS-Mobilgerät im Internet surfen wollen? Welche Knoten sorgen dabei für die Adressabbildung? Welche logischen Kanäle können Sie grob bei GPRS unterscheiden? Warum kann die herkömmliche Architektur, die sich im Internet für das World-Wide Web durchgesetzt hat, nicht einfach für drahtlos angebundene mobile Endgeräte übernommen werden? Welche Probleme haben kleine mobile Endgeräte wie PDAs mit "normalen" Web-Seiten? Was ist in den WAP-Standards alles beinhaltet? Mit welchem Protokoll können Sie das Wireless Datagram Protocol vergleichen? Was ist die Aufgabe von WTLS? Was versteht man unter einem "Push"-Dienst? Was wäre das Gegenteil davon?

Dritte und vierte Mobilfunkgeneration

Beschreiben Sie die Entwicklung hin zur vierten Mobilfunkgeneration. Was sind die jeweils ausschlaggebenden Unterschiede zum Übergang in eine neue Generation? Wie hängen IMT-2000 und UMTS zusammen? Welche drei Komponenten sind bei der UMTS-Architektur zu unterscheiden. Erläutern Sie kurz die jeweiligen Funktionen. Wie werden die einzelnen Komponenten weiter unterteilt und welche Schnittstellen wurden definiert? Beschreiben Sie die UTRAN-Architektur. Welche Duplex-Verfahren finden hierbei Anwendung? Welche Komponenten sind im Core-Netz zu unterscheiden? Welche Vermittlungsarten werden dort unterstützt? UMTS zeichnet sich durch Macro-Diversity aus. Erklären Sie diese Eigenschaft. Was wird hierdurch ermöglicht? UMTS-Zellen können atmen. Was ist hierunter zu verstehen? Was ermöglicht der Standard WiMAX? Worin liegt der Unterschied zwischen HSDPA und HSUPA? Mit LTE+ ist die erste Realisierung der vierten Mobilfunkgeneration verfügbar. Welches Ziel haben sich Mobilfunksysteme der vierten Generation gesetzt? Durch welche Techniken wurden hier die hohen Datenraten ermöglicht? Was verstehen Sie im Zusammenhang mit Mobilfunksystemen der vierten Generation unter Adaptivität? Auf welchen Schichten muss diese stattfinden? Was soll der Begriff "Ultrakonnektivität" aussagen? Wird sich in Zukunft ein einziger Mobilkommunikationsstandard durchsetzen? Begründen Sie Ihre Antwort.

Ad-hoc-Netze

Was versteht man unter Ad-hoc-Netzen und welche Eigenschaften weisen diese auf? Welchen Netzaufbau gibt es sonst noch? Welche Standards kennen Sie für Ad-hoc-Netze? Worin unterscheiden sich diese? Was ist ein "Piconetz"? Warum kann in einem Ad-hoc-Netz nicht einfach CSMA-CD eingesetzt werden? Was macht die Wegewahl in Ad-hoc-Netzen so kompliziert? Wie können Sie die Wegewahlverfahren in Ad-hoc-Netzen klassifizieren? Was versteht man unter einem reaktiven Routing-Verfahren? Wie würden Sie Dienstgüte in Ad-hoc-Routingverfahren berücksichtigen? Welche Vorkehrungen müssen getroffen werden, wenn Sie Interoperabilität mit anderen Netzen fordern? Warum haben sich ad-hoc-Netze noch nicht im Wirkbetrieb durchgesetzt? Welche Vorteile könnte die Einführung von Ad-hoc-Netzen haben?

IrDA und Bluetooth

Welche Varianten in der Bitübertragungsschicht wurden für IrDA genormt und wie unterscheiden diese sich? Charakterisieren Sie den Datenaustausch auf der Sicherungsschicht in IrDA! Welches Prinzip liegt diesem Datenaustausch zugrunde? Was ist TinyTP und warum wurde es innerhalb IrDA definiert? Was wurde mit IrCOMM bezweckt? Wie sind Bluetooth-Netze aufgebaut? Unterscheiden Sie die zwei vorgestellten Netztypen. Welche Arten von Kanälen stellt Bluetooth an der Luftschnittstelle zur Verfügung und wie unterscheiden sich diese? Bluetooth verwendet Freuqency Hopping zur Übertragung der Daten. Erläutern Sie genau, wie die Frequenzsprungfolge zustande kommt. Wie häufig wird die Frequenz gewechselt? Gibt es auch Ausnahmen? Erklären Sie, wie Automatic Repeat Request (ARQ) bei Bluetooth funktioniert. Wie kommt eine Bluetooth-Verbindung zustande? Nennen Sie verschiedene Bluetooth-fähige Endgeräte. Wodurch wird ihre Funktionalität bestimmt?

Drahtlose lokale Netze

Welche Vorteile sehen Sie bei der Nutzung drahtloser lokaler Netze, welche Nachteile müssen in Kauf genommen werden? Welches Frequenzband wird heutzutage bei drahtlosen lokalen Netzen überwiegend genutzt? Welche Gründe können Sie dafür nennen und welche Probleme können dabei auftreten? Welche ISO/OSI-Schichten sind vom IEEE802.11-Standard betroffen? Welche Schichten wurden für 802.11 entworfen und was ist -- ganz grob -- ihre Aufgabe?

Erklären Sie das Hidden-Node-Problem! Wie kann dies umgangen werden?

Wie kommt es zum Exposed-Node-Problem? Welche drei Zugriffsarten können Sie bei IEEE 802.11 unterscheiden? Erläutern Sie die einzelnen Zugriffsarten. Welche Zielstellungen werden jeweils verfolgt? Bei IEEE 802.11 werden drei verschieden lange Abstände zwischen den Rahmen unterschieden. Erklären Sie, wozu dies nützt. Wozu sind in IEEE802.11 Mechanismen zur Synchronisierung vorhanden? Erläutern Sie, wie diese Synchronisierung vonstatten geht, wobei Sie zwischen ad-hoc- und Infrastrukturnetzen unterscheiden sollten. Wozu dient die Timing Synchronization Function? Wie hilft diese, die Batterielebensdauer zu verlängern? IEEE 802.11 unterstützt das Roaming von Stationen zwischen verschiedenen WLANs. Erläutern Sie die Vorgehensweise, wenn eine Mobilstation versucht, sich einem WLAN anzuschließen. Was zeichnet die HIPERLAN-Familie aus? Welche Dienste und Protokolle finden sich in HIPERLAN-1? Auf welchen Schichten des ISO/OSI-Basisreferenzmodells arbeitet daher dieser Standard? HIPERLAN-1 unterstützt Übertragungsraten bis zu 23,5 MB/s, was ein enormer Energieaufwand für die einzelnen Mobilstationen bedeutet. Welche Vorgehensweise wird daher bei der Übertragung von Daten angewandt? Welche Managementstrukturen werden benötigt, wenn HIPERLAN-1 in einem ad-hoc-Netz verwendet werden soll.

Satellitenkommunikation

Welche Generationen von Nachrichtensatelliten können Sie unterscheiden? Beschreiben Sie den Aufbau eines Satellitensystems. Wie hängen Umlaufbahn und Umlaufdauer eines Satelliten zusammen? Wodurch ist dieser Zusammenhang bedingt? Welche Typen von Umlaufbahnen gibt es? Wodurch sind diese entstanden? Was versteht man unter Inklination und unter Elevation? Was können Sie über die Übertragungsleistung von Satelliten aussagen? Wovon ist diese abhängig? Was sind Uplink und Downlink? Wie sind diese üblicherweise bei Satellitensystemen realisiert? Welche Satellitenzugriffsverfahren kennen Sie? Welche Wegewahl-Probleme entstehen in Satellitensystemen? In welchen Typen von Satellitensystemen ist ein Handover notwendig? Welche Formen können dabei unterschieden werden? Vergleichen Sie GEO-, LEO- und MEO-Systeme hinsichtlich der Anzahl benötigter Satelliten, der Häufigkeit von Handover-Vorgängen und der Umlaufdauer der Satelliten. Wie kann ein Internetzugang über Satellit realisiert werden?

Protokolle und Dienste der Mobilkommunikation

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