Vergleich des UMTS-Standards mit dem GSM-Standard. Am Beispiel der Kommunikation eines Smartphones mit dem Internet

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen
2.1 Historisches
2.2 Aufbau der GSM-Netzwerkarchitektur .
2.3 Aufbau der UMTS-Netzwerkarchitektur

3 Untersuchungskriterien

4 Datenübertragung
4.1 GSM-Netzwerkarchitektur
4.2 UMTS-Netzwerkarchitektur
4.3 Kommunikation mit dem Internet

5 Sicherheit
5.1 GSM-Netzwerkarchitektur
5.2 UMTS-Netzwerkarchitektur
5.2.1 Sicherheit im UTRAN
5.2.2 Sicherheit im hybriden System .
5.3 Vertraulichkeit der Informationen

6 Schlussbetrachtung

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

1 GSM-Netzwerkarchitektur

2 UMTS-Netzwerkarchitektur

3 GSM-Sicherheitskonzept auf der Mobilstation

1 Einleitung

Das Thema dieser Hausarbeit ist der Vergleich von zwei Mobilfunkstandards, Global System for Mobile Communications (GSM) und Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). Beide Standards definieren Mobilfunknetzwerke, die mehrere Dienste anbieten. Im Vordergrund stehen zunächst leitungsvermittelte Services wie die Audiotelefonie in Verbindung mit dem Festnetz und textbasierte Nachrichtendienste wie Short Message Service (SMS). Immer wichtiger wird im Zusammenhang mit dem Internet die paketvermittelte Kommunikation, weshalb beide Standards auch die strukturellen Grundlagen für erweiterte multimediale Dienste schaffen.

Chronologisch betrachtet entspricht GSM einem Standard der zweiten Generation von Mobilfunksystemen und UMTS der dritten Generation. Letzteres versucht zum einen die Schwächen von GSM zu kompensieren und zum anderen eine skalierbare Basis für zu- künftige Technologien zu schaffen, um die Übertragungsleistung so weit wie möglich zu steigern. Heute dominiert UMTS vor allem dank seiner Hochgeschwindigkeitserweite- rungen, wird allerdings nach und nach durch die Mobilfunknetze der vierten Generation abgelöst.

Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich der beiden Mobilfunkstandards. Zu diesem Zweck wird zunächst deren Aufbau erläutert und ein kurzer geschichtlicher Überblick gege- ben. Anschließend werden die Standards unter vorher definierten einheitlichen Untersu- chungskriterien gegenübergestellt, bewertet und abschließend beurteilt. Um einen greif- baren Bezug zum Alltag herzustellen, wird das Beispiel des modernen Smartphones im Zusammenhang mit dem Verbindungsaufbau und der Kommunikation mit dem Internet herangezogen.

Folgende Fragen sollen im Zuge dieser Arbeit beantwortet werden: Inwieweit dienen die beiden Standards einer schnellen und den Maßstäben der Quality of Service entsprechen- den Kommunikation? Welche Bandbreiten können erreicht werden? Wie gut wird der Nutzer vor Angreifern geschützt oder weisen die Systeme in dieser Hinsicht Schwach- stellen auf?

2 Grundlagen

In diesem Abschnitt wird zunächst ein Überblick über die geschichtliche Entwicklung der mobilen Netze in Deutschland gegeben. Anschließend werden die beiden in dieser Arbeit behandelten Standards erläutert.

2.1 Historisches

Bevor das Internet mithilfe von Smartphones der allgegenwärtige Begleiter und Haupt- kommunikationskanal vieler Menschen wurde, bildete die Telefonie den prominentesten Anreiz der mobilen Telekommunikation. Mit der Zeit wuchs allerdings die Nachfrage nach weiterführenden Diensten mit den Möglichkeiten der technologischen Evolution.¹ Neben der reinen Sprachübertragung sollten auch Services wie die Anrufweiterleitung oder die Warteschleife und weitere digitale Dienste verfügbar sein. Die erste Generati- on der mobilen Netzwerke, kurz 1G, konnte diese Leistungen nicht erbringen, da der Fokus auf der analogen Sprachübermittlung lag. Problematisch waren ebenfalls die in- transparenten Spezifikationen der Telekommunikationsindustrie und die Inkompatibilität der national vereinbarten technischen Regelungen mit denen anderer Länder.² Die Option einer Mobilstation, nicht nur im Heimnetzwerk, sondern international zu funktionieren, nennt sich Roaming und war mit 1G-Netzen nicht gegeben.³

Um diesen Problemen entgegenzukommen, wurden die Mobilfunknetze der zweiten Ge- neration in den 1990ern so gestaltet, dass sie sowohl für globalen Einsatz geeignet als auch so skalierbar und erweiterbar wie möglich spezifiziert sind, damit den absehba- ren technologischen Entwicklungen in der Zukunft flexibler begegnet werden kann.⁴ Ein System der 2G-Netze ist Global System for Mobile Communications (GSM), welches dank der Investitionen von Mobilfunknetzbetreibern in Telekommunikationsinfrastruktu- ren zum weltweit dominanten Standard wurde. 2005 nutzten über 1,5 Milliarden Nutzer GSM.⁵ Die globale Kompatibilität erlaubt es Herstellern, günstiger Hard- und Softwa- re herzustellen, da der Absatzmarkt nicht wie bei 1G national, sondern nun annähernd weltweit vorhanden ist. Entwickelt wurde GSM von einer Arbeitsgruppe des European Telecommunications Standards Institute (ETSI).⁶

Die stetig seit der Spezifizierung von GSM gestiegene Rechenleistung und die Weiter- entwicklung der Technologien erlaubte es Ende der 1990er, die dritte Generation der mobilen Netzwerke zu entwickeln. Ein Hauptgesichtspunkt dieser Standards war neben der besseren Ausnutzung des Frequenzspektrums die Integrierung von Hochgeschwindig- keitsdatendiensten,⁷ um der steigenden Nachfrage nach multimedialen internetbasierten Services zu begegnen.⁸ Der wichtigste Standard der dritten Generation, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), wurde von der Arbeitsgruppe 3rd Generation Part- nership Project (3GPP) konzipiert und baut zu großen Teilen auf den Normen von GSM auf. Die Spezifizierung von UMTS muss genau wie GSM länderunabhängige Gültigkeit behalten. Eine besondere Anforderung war außerdem die logische Trennung von Hard- ware und Software; die technische Plattform darf die Dienste nicht einschränken.⁹ Damit orientiert sich UMTS an den Abstraktionsstufen des Open Systems Interconnect (OSI)- Referenzmodells.

Die nächste, vierte Generation unterstützt Breitband-Internet mit noch höheren Daten- übertragungsraten. Sie wurde speziell auf Internet Protocol (IP)-basierte Netze zuge- schnitten, um den Anforderungen der allgegenwärtigen Smartphones entgegenzukom- men. In diesem Zusammenhang spielt vor allem der Standard Long-Term Evolution (LTE) eine Rolle, welcher allerdings in dieser Arbeit nicht weiter beleuchtet wird.¹⁰

2.2 Aufbau der GSM-Netzwerkarchitektur

Ein Mobilfunknetz ist definiert als ein Public Land Mobile Network (PLMN), das zu dem bestimmten Zweck betrieben wird, mobile Telekommunikationsdienste der Öffent- lichkeit zur Verfügung zu stellen. Dafür muss es, zumindest was die Telefonie angeht, mit dem Public Switched Telephone Network (PSTN), dem Festnetz, in Verbindung ste- hen. PLMNs stehen funktional gesehen für sich, können allerdings über das Integrated Services Digital Network (ISDN) oder das PSTN miteinander verbunden werden. Das PLMN wird weiter in Subsysteme unterteilt: Network Subsystem (NSS) und Base Stati- on Subsystem (BSS).¹¹

Das NSS wird auch als Kernnetz bezeichnet. Es übernimmt die Vermittlung von Anru- fen und Datenströmen. Das Mobile Switching Center (MSC) ist ein zentrales Element im GSM-Netz, da es das BSS mit dem NSS verknüpft. Alle Nutzerverbindungen gehen über das MSC und werden dort verwaltet, selbst wenn alle Kommunikationspartner sich in einer Funkzelle befinden. Nutzer können sich frei im Netz bewegen, auch wenn ein Gespräch aufgebaut ist. Zu diesem Zweck übernimmt das MSC das unterbrechungsfreie Routing in andere NSS, genannt Handover. Die Weiterleitung von Short Message Service (SMS)-Nachrichten ist ebenfalls dessen Aufgabe.¹²

Im NSS befinden sich weitere Netzkomponenten, die alle mit dem MSC in Verbindung stehen: Das Equipment Identity Register (EIR) speichert eine Blacklist, bestehend aus International Mobile Equipment Identity (IMEI)-Seriennummern von Endgeräten, die als gestohlen gemeldet wurden. Die Liste wird beim Einwählen eines Gerätes in das GSM- Netz geprüft.¹³ Das Authentication Center (AUC) ist verantwortlich für den Authentifizie- rungsprozess im System. Es speichert die kryptografischen Schlüssel, die sich ebenfalls auf der Subscriber Identification Module (SIM)-Karte befinden und kann somit die Iden- tität einer Mobilstation kontrollieren, wenn diese eine Verbindung herstellen möchte.¹⁴

Um zu jeder Zeit den aktuellen Aufenthaltsort einer Mobilstation zwecks Call-Routing bestimmen zu können, wird dieser mit anderen Informationen in einem Home Location Register (HLR) gespeichert. Befindet sich eine Mobilstation nicht im Heimbereich, wird ihr Standort im Visitor Location Register (VLR) des MSC gespeichert, in dessen Bereich sie sich gerade befindet.¹⁵ Zuletzt kommuniziert das MSC mit dem Gateway Mobile Switching Center (GMSC), dem Gateway, das das NSS mit anderen öffentlichen Netzen wie dem PSTN verbindet und daher wesentlich für das Routing ist.¹⁶

Während das NSS die Nutzermanagement-Funktionen übernimmt, stellt das BSS die Si- gnalschnittstelle zwischen Mobilstation und NSS dar und wird daher auch als Zugangs- netz bezeichnet. Das MSC ist mit seinen Base Station Controllers (BSCs) im BSS zumeist über Lichtwellenleiter verbunden.¹⁷ Der BSC ist für die Kommunikation der Base Tran- sceiver Station (BTS), d. i. der Sendeturm, mit dem MSC verantwortlich. Er speichert ebenfalls Informationen über die Aufenthaltsorte der Nutzer in seinem Einzugsbereich. Die BTS wiederum kommuniziert mit der Mobilstation und dem BSC. Sie besitzt be- grenzte Entscheidungsgewalt und so gut wie keine Speicherfunktion.¹⁸ Eine Mobilstation kann jedes mobile auf GSM konfigurierte Gerät sein, das über ein SIM verfügt. Auf dem SIM ist die International Mobile Subscriber Identity (IMSI) hinterlegt, die den Nutzer eindeutig identifiziert.¹⁹

Die Fläche, die das Signal einer BTS abdeckt, wird im mobilen Netzwerk als Zelle de- finiert, deren Größe von mehreren hundert Metern bis zu vielen Kilometern variiert. Be- nachbarte Zellen können sich überschneiden, da sie unterschiedliche Frequenzen verwen- den. Das hat den großen Vorteil, das nicht benachbarte Zellen den gleichen Frequenz- bereich verwenden können. Innerhalb der Zelle wird der Frequenzkanal hingegen an- hand des Zeitmultiplexverfahrens aufgeteilt. Ein Nachteil beim zellulären Aufbau ist die Schwierigkeit, den laufenden Anruf eines Nutzers weiterzuleiten, wenn er die Zelle wech- selt.²⁰

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 stellt den Aufbau der GSM-Netzwerkarchitektur dar.

Abbildung 1: GSM-Netzwerkarchitektur²¹

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

2.3 Aufbau der UMTS-Netzwerkarchitektur

Die Architektur von UMTS ist ähnlich der von GSM. Grundsätzlich wird unterschieden zwischen der Mobilstation, dem Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) genannten Funkzugangsnetz, und dem vermittelnden Core Network (CN). Alle drei Ar- chitekturkomponenten sind so entworfen, dass sie nur über Schnittstellen miteinander kommunizieren und so voneinander abgegrenzt und nicht vom Aufbau des dahinterlie- genden Systems abhängig sind.²² In der Mobilstation befindet sich ein User Services Identity Module (USIM), das den Nutzer eindeutig und sicher identifizieren kann. Das USIM befindet sich, genau wie das SIM in GSM, auf der Universal Integrated Circuit Card (UICC)-Karte.²³

Das UTRAN besteht aus einer Menge von Radio Network Subsystems (RNSs), die al- le über eine Schnittstelle mit dem CN verbunden sind. Jedes RNS besitzt einen Radio Network Controller (RNC), dessen Funktionalität sich mit der eines BSC in GSM deckt: Management der Funkressourcen und Switchen der Verbindungen.²⁴ Er besitzt auch ei- ne Schnittstelle zu den anderen RNCs im UTRAN. Genau wie der BSC eine Reihe von BTS kontrolliert, verwaltet ein RNC die Node B genannten Sendetürme im RNS.²⁵ Ein Node B kommuniziert mit der Mobilstation und beherrscht ein Codemultiplexverfahren, wodurch anders als bei GSM benachbarte Zellen üblicherweise dieselben Frequenzen verwenden.

Das CN hat vor allem die Aufgaben, leitungsvermittelte Anrufe weiterzuleiten und im paketvermittelnden Kontext Pakete zu routen. Es ist nur sehr grob spezifiziert, um den Betreibern die technische Realisierung so frei wie möglich zu stellen. Hintergrund davon ist die Tatsache, dass sich das Backbone mit seiner traditionellen Infrastruktur und den Schnittstellen zum PSTN oder ISDN langsamer weiterentwickelt als das Funknetz. Daher ist das CN universell definiert, um Raum für die technologische Evolution zu schaffen.²⁶ Das Kernnetz ist so ausgelegt, dass es kompatibel zum alten NSS wie auch zu UTRAN ist.

Wie oben kurz angedeutet, gibt es in UMTS im Gegensatz zum ursprünglichen GSM, wo sie mit dem General Packet Radio Service (GPRS)-Dienst als Übergangslösung ein- geführt wurde, nun die Möglichkeit der Paketvermittlung. Das bedeutet, dass die Daten verbindungslos in Pakete unterteilt verschickt werden, was eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber der Leitungsvermittlung mit sich bringt, z. B. eine effizientere Auslastung des Netzwerkes.²⁷

Im Kernnetz gibt es daher nun zwei Schnittstellen für die Kommunikationsanfragen der RNCs aus dem UTRAN: analog zu GSM das Mobile Switching Center (MSC), und den Serving GPRS Support Node (SGSN). Ein SGSN unterstützt Paketvermittlung und über- nimmt vor allem Aufgaben wie Registrierung von Nutzern in der Zone mittels HLR und AUC. Um eine Verbindung u. a. mit dem Internet herzustellen, kommuniziert der SGSN mit dem Gateway GPRS Support Node (GGSN).²⁸ Zusammenfassend übernehmen SGSN und GGSN also die funktional gleichen Aufgaben wie MSC und GMSC, legen aber durch die Paketvermittlung einen Grundstein für die erfolgreiche Funktionsweise von IPbasierten Multimediaanwendungen.²⁹

Mehrere Zellen im UMTS-Netz zusammengefasst bezeichnet man als Location Area (LA), wenn sich die Mobilstation frei in ihr bewegen kann, ohne dass das VLR aktualisiert werden muss. Das Einzugsgebiet eines VLR umfasst ein oder mehrere MSC-Zonen. Im paketvermittelnden Betrieb definiert man zusätzlich noch eine Routing Area (RA), in der sich der Nutzer frei bewegen kann, ohne dass der SGSN aktualisiert werden muss. Eine RA befindet sich immer innerhalb einer LA.³⁰ In Abbildung 2 wird der Aufbau der UMTS-Netzwerkarchitektur veranschaulicht.

Abbildung 2: UMTS-Netzwerkarchitektur³¹ UTRAN

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

3 Untersuchungskriterien

In dieser Arbeit sollen nicht die einzelnen Schwächen und Stärken der beiden Architekturen aufgelistet werden. Vielmehr sollen vergleichbare Untersuchungskriterien definiert werden, anhand derer eine einheitliche Analyse und Differenzierung durchgeführt werden kann. Diese Kriterien müssen allgemein gehalten sein, damit sie bei beiden Architekturen Gültigkeit bewahren. Ein besonderer Fokus sollte hierbei auf die Auswirkungen der Technologie auf den Endnutzer gelegt werden.

Die Kriterien sind Aspekte der Quality of Service (QoS), welche die Anforderungen an die Dienstgüte der Netzwerke umfasst. Es wird überprüft, ob und inwiefern die beiden Netzwerkarchitekturen die einzelnen QoS-Anforderungen umsetzen. Als geeignet erweisen sich zwei Untersuchungsansätze:

- Datenübertragung
- Sicherheit

Die Datenübertragung befasst sich zum einen mit der Integrität der Informationsübertragung und zum anderen mit der Bandbreite. Welche Geschwindigkeiten können erreicht werden? Wie groß sind die Latenzzeiten und der Paketverlust? Hier wird auch die Verbindung eines Smartphones mit dem Internet näher beleuchtet, und ob die beiden Mobilfunksysteme sich in dieser Hinsicht unterscheiden.

Im zweiten Abschnitt werden die beiden Standards unter dem Gesichtspunkt der Si- cherheit untersucht. Ist die Verbindung gesichert oder gibt es Schwachstellen? Werden die ursprünglich definierten Sicherheitsprinzipien erfüllt? Untersucht werden sowohl der Schutz gegen Angreifer von außen durch z. B. Verschlüsselungsmechanismen als auch die vertrauliche und abgesicherte Behandlung von Nutzerdaten innerhalb der Systeme.

4 Datenübertragung

In diesem Abschnitt werden die Geschwindigkeiten der Datenübertragung und weitere die Übertragung beeinflussenden Faktoren der beiden Standards gegenübergestellt. An- schließend wird der Verbindungsaufbau eines Smartphones mit dem Internet näher be- leuchtet.

4.1 GSM-Netzwerkarchitektur

GSM verwendet primär das Frequenzband P-GSM, das wie folgt aufgeteilt ist: Der Uplink aus Sicht der Mobilstation verwendet die Frequenzen 890 MHz bis 915 MHz und der Downlink 935 MHz bis 960 MHz.³² In jedem Frequenzbereich gibt es 124 Kanäle zu je 200 kHz. GSM nutzt die zur Verfügung stehende Bandbreite durch die drei wesentlichen Multiplexverfahren Space Division Multiple Access (SDMA), Frequency Division Mul- tiple Access (FDMA) und Time Division Multiple Access (TDMA) effizient aus, die im Folgenden kurz erläutert werden.

Durch den geografisch zellulären Aufbau des Netzes ergibt sich auf natürliche Weise eine räumliche Unterteilung, was auf der einen Seite den Vorteil hat, das nicht benachbarte Zellen dieselbe Frequenz nutzen können. Auf der anderen Seite ergibt sich durch das SDMA eine komplexere Netzwerkstruktur, was den Zellwechselvorgang erschwert. Innerhalb der Zelle ist der Frequenzbereich wie oben dargestellt aufgeteilt.

Um nun möglichst vielen Netzteilnehmern einen Zugang zu ermöglichen, wird der Bereich im TDMA-Verfahren aufgeteilt. Jede Mobilstation bekommt ein zeitlich begrenztes aber wiederkehrendes Fenster zu Verfügung, in dem sie die Frequenz nutzen kann. Dieses Fenster wird auch Zeitschlitz genannt. In GSM gibt es acht Zeitschlitze, die jeweils eine Länge von 577 µs haben. In dieser Zeit können ca. 156 Bits übertragen werden. Nachteil: Dieses Verfahren erschwert die Synchronizität des Up- und Downlinks, da sich die Zeitschlitze der beiden Kanäle chronologisch nicht decken.³³

Durch diese Unterteilung kann leitungsvermittelt eine Datenübertragungsrate von 14,4 kbit/s erreicht werden, was jedoch für Internet- und Multimediaanwendungen zu wenig ist. Dank der Erweiterung GPRS ist es allerdings auch möglich, paketvermittelt und über alle acht Kanäle gleichzeitig zu kommunizieren, was die Übertragungsrate auf 170 kbit/s erhöht.³⁴

4.2 UMTS-Netzwerkarchitektur

Mit Einzug der dritten Generation (3G), die internetbasierte Anwendungen nativ stützen sollte, stiegen die Anforderungen an die effiziente Ausnutzung des Frequenzspektrums. UMTS verwendet daher ein anderes Verfahren, um die Kanäle für mehrere Nutzer ver- fügbar zu machen: das Codemultiplexverfahren Wideband Code Division Multiple Ac- cess (WCDMA). Beim Codemultiplex benutzen verschiedene Nutzer zur selben Zeit die- selbe Frequenz, allerdings mit unterschiedlichen Spreizcodes. Der Empfänger kann die Daten aus den addierten Signalen mithilfe dieser Codes wieder herausfiltern. Pro Trä- gerfrequenz wurde zudem die Bandbreite von 200 kHz auf 5 MHz erhöht, damit höhere Bitraten unterstützt werden können.³⁵

Eine weitere Anforderung an 3G ist der asymmetrische Down- und Uplink-Datenverkehr. Internetbrowsing benötigt z. B. mehr Downlink- als Uplinkkapazitäten. Der Aspekt ist entscheidend, um die QoS von UMTS zu garantieren. WCDMA unterstützt daher TransmitDiversity-Techniken in der Übertragung. Derryberry et al. (2002) geben einen Überblick über die verschiedenen Methoden.

Ein weiterer Vorteil von UMTS gegenüber GSM ist die Verbesserung des Handover- Prozesses: 3G unterstützt nativ einen vom Netzwerk kontrollierten Soft Handover, bei dem die Verbindung beim Übergang von der einen Zelle in die nächste nicht unterbro- chen wird. Hierfür muss gewährleistet sein, dass die Zellen dieselbe Frequenz verwenden. Möglich sind ebenfalls Handover zwischen Zellen mit unterschiedlichen Frequenzen oder unterschiedlichen Systemen, wie P-GSM und WCDMA. Je nach geografischer Situation der Mobilstation und wie sie sich bewegt kommt ein Soft Handover allerdings nicht in Frage. Das ist der Fall, wenn das UTRAN gewechselt wird und der MSC das Switching steuern muss. Hier spricht man dann von einem Hard Handover.³⁶

Aufgrund dieser Verbesserungen konnte die Datenübertragungsrate bei der Verwendung von UMTS auf bis zu 2 Mbit/s gesteigert werden. Diese Leistung kann allerdings nur für stationäre Nutzer erbracht werden. Je nach Geschwindigkeit der Mobilstation, z. B. im Auto oder beim Laufen, liegt die Übertragungsrate eher bei 144 kbit/s oder bei 384 kbit/s.³⁷ Dadurch können Web-Applikationen und internetbasierte Dienste wie Videotelefonie oder Voice over IP zuverlässiger betrieben werden als bei GSM bzw. GPRS.

4.3 Kommunikation mit dem Internet

Im Folgenden wird der Verbindungsaufbau einer Mobilstation - sei es in diesem Falle ein Smartphone - mit einem Server außerhalb des Mobilfunknetzes geschildert. In GSM wird zwischen der Mobilstation und dem BSS zunächst eine Verbindung anhand des Radio Re- source Control (RRC)-Protokolls hergestellt.³⁸ Die Mobilstation sendet auch die von dem VLR zuvor zugeordnete lokale Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), mit der der MSC versucht, den Nutzer zu identifizieren. Funktioniert das nicht, muss die weltweit eindeutige IMSI verwendet werden, die aus Sicherheitsgründen so wenig wie möglich kommuniziert wird.

Der MSC setzt sich anschließend mit dem HLR der Mobilstation in Verbindung, das Authentifizierungsdaten schickt. Mit diesen kann der MSC überprüfen, ob die Mobilstation über den richtigen privaten Schlüssel verfügt. Konnte das Gerät anhand der Codes auf der SIM-Karte seine Identität validieren, entscheidet der BSC noch, welcher Verschlüsselungsalgorithmus für die Verbindung verwendet werden soll, den er der Mobilstation abschließend mitteilt. Diese kann daraufhin über das BSS und das Gateway im NSS mit einem Internetserver kommunizieren.³⁹

Der Paketverlust im Uplink liegt zwischen 4% und 7%.⁴⁰ Die Latenzzeit kann definiert werden als Round-Trip-Zeit, d. h. die Zeit, die ein Paket braucht, um von der Mobilsta- tion einen Server zu erreichen und wieder zurückzukommen. Bei GSM beträgt diese ca. 150 ms.⁴¹

Der Verbindungsaufbau in UMTS verläuft ähnlich. Initial wird ebenfalls das RRC- Protokoll verwendet. Die Mobilstation sendet die TMSI oder alternativ die IMSI an den MSC, der sich wiederum an das HLR wendet. Im Unterschied zu GSM muss nun nicht nur die Mobilstation ihre Authentizität beweisen, sondern auch das Netzwerk gegenüber der Mobilstation. Zu diesem Zweck validiert diese den vom HLR gesendeten Message Authentication Code (MAC). Somit überprüft die Mobilstation die Identität des Netzes. Nach erfolgreichem Abschluss authentifiziert sich die Mobilstation anhand der Algorith- men in der SIM-Karte, und der RNC entscheidet, welcher Verschlüsselungsalgorithmus verwendet wird, genau wie bei GSM.⁴² Danach kann sich die Mobilstation über den IP- basierten Teil des CN und das GGSN mit dem Internet verbinden.

Die Round-Trip-Zeit beträgt bei UMTS ca. 182 ms⁴³ und der Paketverlust 4% bis 9%.⁴⁴ Diese Kennzahlen sind ähnlich der von GSM, jedoch liegt das in der Infrastruktur begrün- det. Die Datenübertragungsrate ist für die QoS das Entscheidende, und hier bietet UMTS mit bis zu 2 Mbit/s den besseren Dienst.

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¹ Vgl. Mouly et al. (1994), Seite 19.

² Vgl. Kaaranen et al. (2005), Seite 1.

³ Vgl. Narang et al. (2006), Seite 4.

⁴ Vgl. Mouly et al. (1994), Seite 14.

⁵ Vgl. Sauter (2006), Seite 1.

⁶ Vgl. ebd., Seite 3.

⁷ Vgl. Sauter (2006), Seite 122.

⁸ Vgl. Halonen et al. (2004), Seite XXXV.

⁹ Vgl. Kaaranen et al. (2005), Seite 2.

¹⁰ Vgl. Dahlman, Parkvall et al. (2013), Seite 1 bis 9.

¹¹ Vgl. 3GPP (2016b), Seite 18.

¹² Vgl. Sauter (2006), Seite 9 ff.

¹³ Vgl. Swenson et al. (2006), Seite 262.

¹⁴ Vgl. Sauter (2006), Seite 17.

¹⁵ Vgl. 3GPP (2016b), Seite 19.

¹⁶ Vgl. Swenson et al. (2006), Seite 262.

¹⁷ Vgl. Sauter (2006), Seite 11.

¹⁸ Vgl. Swenson et al. (2006), Seite 261.

¹⁹ Vgl. Noldus (2006), Seite 4.

²⁰ Vgl. Narang et al. (2006), Seite 6 f.

²¹ In Anlehnung an: Swenson et al. (2006), Seite 261, Abbildung 1.

²² Vgl. 3GPP (2016e), Seite 14.

²³ Vgl. 3GPP (2016a), Seite 7.

²⁴ Vgl. Kaaranen et al. (2005), Seite 70.

²⁵ Vgl. 3GPP (2016e), Seite 15 f.

²⁶ Vgl. Kaaranen et al. (2005), Seite 101 f.

²⁷ Vgl. ebd., Seite 19.

²⁸ Vgl. Das et al. (2003), Seite 49.

²⁹ Vgl. Kaaranen et al. (2005), Seite 104 f.

³⁰ Vgl. 3GPP (2016b), Seite 20.

³¹ In Anlehnung an: Kaaranen et al. (2005), Seite 105, Abbildung 5.4.

³² Vgl. 3GPP (2016d), Seite 17.

³³ Vgl. Heine et al. (2003), Seite 10 ff.

³⁴ Vgl. Steltemeier et al. (2014), Seite 26 ff.

³⁵ Vgl. Holma et al. (2007), Seite 7 f.

³⁶ Vgl. Kaaranen et al. (2005), Seite 76 ff.

³⁷ Vgl. Jain et al. (2015), Seite 89.

³⁸ Vgl. 3GPP (2016c), Seite 54.

³⁹ Vgl. Ahmadian et al. (2010), Seite 2258.

⁴⁰ Vgl. Li et al. (2008), Seite 415.

⁴¹ Vgl. Dahlman und Olsson (2009), Seite 576.

⁴² Vgl. Meyer et al. (2004), Seite 93.

⁴³ Vgl. Holma et al. (2007), Seite 277.

⁴⁴ Vgl. Hoßfeld et al. (2008), Seite 653.