In den letzten Jahren hat sich der Markt für mobile Kommunikation und Telekommunikation
zu einem der erfolgreichsten Zukunfts- und Wachstumsbranchen
entwickelt. Und dies, obwohl vor allem die Verbreitung des Mobilfunks weltweit
noch am Anfang einer sich beschleunigerenden Entwicklung steht.
Im Jahre 1926 begann der öffentliche Mobilfunk in Deutschland mit durchschnittlich
10 Telefonaten pro Tag auf der Reisezugstrecke von Hamburg nach Berlin.
Das darauf folgende A-Netz wurde dann im Jahr 1952 eingeführt. Seine maximale
Teilnehmerzahl betrug ca. 13.000 Gespräche, die aber von Hand vermittelt
werden mußten. Erst im Jahr 1972, durch die Einführung des B/B2 Netzes, wurde
eine automatische Vermittlung möglich. Ferner wurde eine grenzüberschreitende
Kommunikation mit einer Kapazität von bis zu 27.000 mobilen Teilnehmern verwirklicht.
Zu dieser Zeit war jedoch das Weiterreichen von Gesprächen von einer
Funkzelle zur nächsten, dem sog. Handover, noch nicht möglich. Falls sich also
der Teilnehmer über die Reichweite der Funkzelle hinaus bewegte, brach das Gespräch einfach ab.
Mit der Eröffnung des zellularen analogen C-Netzes im Jahr 1986 wurde die maximale
Teilnehmerzahl auf 80.000 erhöht. In diesem Stadium des Mobilfunks wurden
Leistungsmerkmale wie bessere Sprachqualität, Sprachverschleierung, Handover
sowie diverse Zusatzdienste umgesetzt. In anderen europäischen Ländern
wurden dann auch Anfang der achtziger Jahre analoge Mobilfunksysteme ähnlich
dem C-Netz, eingeführt. Obwohl die Dienste der einzelnen Systeme erfolgreich
waren, war eine grenzüberschreitende Kommunikation aufgrund der verschiedenen
Standards der Systeme nicht möglich.
Erst als der technische Fortschritt in der digitalen Signalverbreitung weiter vorangeschritten
war und der Wunsch länderübergreifend telefonieren zu können immer
stärker wurde, gründete sich im Jahr 1982 die Groupe Special Mobile kurz
GSM. Heute steht für diese Abkürzung jedoch Global System for Mobile Communication.
Die GSM-Arbeitsgruppe befaßte sich mit der Aufgabe, ein europaweites
einheitlich standardisiertes, digitales System zu entwickeln. Durch die Liberalisierung
des europäischen Mobilfunkmarktes und der sich daraus ergebenden
Aufhebung des Monopols auf die Übertragung von Telefongespra¨chen stieg die Teilnehmerzahl in Westeuropa rasant an. [...]
Inhaltsverzeichnis
Einleitung 3
1 Grundlagen der Funknetzplanung 6
1.1 Zellulare Netze 6
1.2 Zellularer Netzaufbau 6
1.3 Aufbau eines GSM Mobilfunksystems 8
1.4 Funknetzplanung 10
1.5 Handover 11
1.5.1 Handoverarten 12
1.5.2 Handoveralgorithmen 14
2 Softwarearchitektur 18
2.1 Programmablauf 19
2.2 Klassenentwurf 20
2.3 Kommunikationsmodelle 24
2.3.1 OSI-Schichten Modell 24
2.3.2 Client/ Server Modell 25
2.4 Multithreading 26
2.5 Kommunikation mit der Außenwelt 26
3 Softwareentwicklung 28
3.1 Entwicklungsumgebung 28
3.2 Entwicklungskonzepte und ihre konkrete Umsetzung 29
3.2.1 Entwurfsmuster 29
3.2.2 Schnittstellen und Aufbau der API 32
3.2.3 Konsistenz des Source Codes 32
3.3 Realisierung konkreter Programmteile 33
3.3.1 Generierung der Fahrzeugkoordinaten 33
3.3.2 Geodatische Transformationen 33
3.3.3 Cellrankingprozeß 34
3.3.4 HO Algorithmus 37
4 Beispiel für einen funkplanerischen Anwendungsprozeß 38
5 Testergebnisse 47
6 Weiterentwicklung des Tools 48
7 Zusammenfassung und Ausblick 49
Zielsetzung und Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung der Software "MobileHOS", welche den Handover-Vorgang in einem GSM-Mobilfunknetz simuliert. Im Gegensatz zu bestehenden Implementierungen, die auf Meßfahrtprotokollen basieren, ermöglicht MobileHOS eine eigenständige Simulation auf beliebigen Teststrecken, um beispielsweise die Auswirkungen von geplanten Trassenänderungen im Netz zu analysieren.
- Simulation von Handover-Vorgängen in GSM-Netzen
- Verwendung objektorientierter Programmierung in Java
- Anbindung an Rasterdatenbanken und Netzwerkdatenbanken
- Grafische Animation und Tabellenausgabe der Simulationsergebnisse
- Optimierung von Datenbankabfragen für Echtzeit-Simulationen
Auszug aus dem Buch
1.5 Handover
Den Vorgang des “Handover” oder “Handoff” (HO) bezeichnet man als das Weiterreichen eines Gesprächs von einer Basisstation (BTS) zu einer anderen. Des weiteren spricht man von einem “Streamless Handover”, wenn ein nahtloser Übergang des Gesprächs erfolgt, ohne daß für den Teilnehmer eine Gesprächsunterbrechung erkennbar ist. Diese Funktionalität hatte z.B. das ehemalige deutsche B/B2 Netz noch nicht, denn erst beim Übergang in das C-Netz wurde die automatische Weitergabe von Gesprächen implementiert. Davor mußte noch bei einer Verschlechterung der Funkverbindung das Gespräch abgebrochen werden (Call Drop bzw. Cut-off).
Der Handover ist ein sehr zeitkritischer Vorgang in Mobilfunksystemen, da die Kontinuität laufender Verbindungen gewährleistet sein muß. Er hat einen bedeutenden Einfluß auf die Kapazität und Leistungsfähigkeit zellularer Netze und besteht aus drei Phasen: Messung, Handover-Einleitung und Umschaltung zur Zielbasisstation ([13] S.102). Jedes Weiterreichen eines Gesprächs bedeutet eine Erhöhung des Steuer- und Singalisierungsaufwands im Funkverkehr zwischen dem Mobilfunkgerät (MS) und der Feststation (BTS) und sollte deshalb so selten wie möglich durchgeführt werden. Handover, die aus Pegelschwankungen resultieren könnten, sollten vermieden werden.
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Einführung in die Entwicklung des Mobilfunks von den Anfängen bis zum GSM-Standard und Definition des Ziels der Arbeit, eine Software zur Handoversimulation zu erstellen.
1 Grundlagen der Funknetzplanung: Erläuterung der zellularen Netzstruktur, der GSM-Architektur sowie der verschiedenen Handover-Kriterien und Algorithmen.
2 Softwarearchitektur: Beschreibung des objektorientierten Designs der Software MobileHOS, inklusive der verwendeten Kommunikationsmodelle und des Klassenentwurfs.
3 Softwareentwicklung: Detaillierte Darstellung der konkreten Implementierung, inklusive Entwicklungsumgebung, Designmustern, Datenanbindung und der Logik des Handover-Algorithmus.
4 Beispiel für einen funkplanerischen Anwendungsprozeß: Praxisnahe Demonstration des Simulationsablaufs anhand eines konkreten geographischen Beispiels.
5 Testergebnisse: Bewertung der Software-Performance und Stabilität bei der Durchführung von Simulationen.
6 Weiterentwicklung des Tools: Zusammenfassung möglicher zukünftiger Verbesserungen und Erweiterungen für die Anwendung.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Abschließende Betrachtung der Relevanz des Handovermanagements und des Ausblicks auf zukünftige Technologien wie UMTS.
Schlüsselwörter
Handover, GSM, Mobilfunknetz, Simulation, MobileHOS, Java, Objektorientierung, Funknetzplanung, Cellranking, Datenbankanbindung, Echtzeit-Simulation, Signalqualität, Basisstation, Mobilfunkgerät, Netzplanung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Java-basierten Software zur Simulation von Handover-Vorgängen in GSM-Mobilfunknetzen, um die Netzplanung bei Trassenänderungen zu unterstützen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die Grundlagen der Funknetzplanung, die Architektur von GSM-Systemen, die mathematischen und logischen Modelle für Handover-Entscheidungen sowie objektorientierte Softwareentwicklung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Erstellung des Tools "MobileHOS", welches ohne auf existierende Meßfahrtprotokolle angewiesen zu sein, Handoversimulationen auf beliebigen Strecken ermöglicht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt den Entwurf und die Implementierung einer objektorientierten Softwarearchitektur sowie die algorithmische Umsetzung von Handover-Entscheidungslogiken basierend auf Feldstärkendaten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Softwarearchitektur, die Implementierung der einzelnen Klassen und Algorithmen sowie einen beispielhaften Anwendungsprozess inklusive der Testresultate.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Handover, GSM, Simulation, MobileHOS, Java, Funknetzplanung und Cellranking.
Welche Rolle spielt die Sprache Java in diesem Projekt?
Java dient als plattformunabhängige Implementierungssprache, die mittels moderner Entwurfsmuster wie MVC und Factory eine modulare und wartbare Softwarestruktur ermöglicht.
Warum ist der Cellrankingprozeß für die Software so bedeutend?
Er ist der rechenintensivste Teil der Software, da er in Echtzeit basierend auf geographischen Rasterdaten entscheiden muss, welche Zelle am besten für ein Handover geeignet ist.
- Quote paper
- Ludwig Danz (Author), 2001, Java basierte GSM Handover Simulation von Mobilfunktelefonen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/21800