Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die Möglichkeiten einer IP-basierten
Übertragung im UMTS Funknetz für Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Dienste analysiert
und bewert. Dazu werden vorhandene Transportnetze (ATM, WLAN etc.) betrachtet
und daraus Schlüsse für den Transport der Daten durch das UMTS-Netzwerk
hinsichtlich der erforderlichen Parameter für die Dienstgüte gezogen.
Im ersten Kapitel wird der Aufbau und die Funktion des UMTS-Netzwerkes
beschrieben. Dazu werden zuerst die Zugriffsverfahren für den Funkzugang erläutert
und anschließend die Architektur von UMTS beschrieben.
Damit ein besseres Verständnis für den Aufbau von Netzwerken vermittelt werden
kann, wird auch ein kleiner Exkurs über das OSI-Schichtenmodell gemacht.
Anschließend erfolgt eine Beschreibung und Bewertung der zur Auswahl stehenden
Protokolle, besonders der Protokolle IPv4 und IPv6. Da der Einsatz von IP einen
Overhead mit sich bringt, wird die Datenübertragung am Beispiel von einigen Diensten
wie Sprache analysiert.
Da in UMTS das Internetprotokoll eingesetzt wird, muss auch eine Betrachtung der
Mobilität des Teilnehmers erfolgen. Dazu wird das zuständige Protokoll „Mobile IP“
beschrieben und nachfolgend beispielhaft auf ein UMTS-Netz übertragen.
Auf dem Gebiet der „Wireless LAN“ werden zur Zeit durch diverse Gremien und
Firmen neue Standards spezifiziert, sodass einige dieser Standards der drahtlosen Netze
kurz angesprochen und hinsichtlich der Möglichkeit zur Übertragung IP-basierter
Protokolle mit Dienstgüte bewertet werden.
Als Abschluss dieser Diplomarbeit erfolgt eine Zusammenfassung der einzelnen Kapitel
und einige Vorschläge zum Einsatz IP-basierter Protokolle im UMTS-Funknetz. [...]
Inhaltsverzeichnis
1. UMTS – Aufbau und Funktion
1.1 Allgemeines
1.1.1 UMTS-Architektur
1.1.2 UTRA-FDD-Modus
1.1.3 UTRA-TDD-Modus
1.2 UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)
1.3 UMTS Core Network (CN)
2. Das ISO-OSI-7-Schichtenmodell
2.1 Prinzip des Schichtenmodells
2.2 Die Schichten des ISO-OSI-Modells
2.2.1 Bitübertragunsschicht (Physical Layer, physikalische Schicht)
2.2.2 Sicherungsschicht (Link Layer, Verbindungsschicht)
2.2.3 Netzwerkschicht (Network Layer, Vermittlungsschicht)
2.2.4 Transportschicht (Transport Layer)
2.2.5 Sitzungsschicht (Session Layer, Kommunikationssteuerungsschicht)
2.2.6 Präsentationsschicht (Presentation Layer, Darstellungsschicht)
2.2.7 Anwendungsschicht (Application Layer)
3. Die Internet-Protokollfamilie
3.1 Systemarchitektur und Protokolle
3.1.1 Protokolle der Sicherungsschicht
3.1.1.1 Address Resolution Protocol (ARP) & Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
3.1.1.2 Asynchronous Transfer Modus (ATM) & ATM Adaption Layer (AAL)
3.1.2 Protokolle der Vermittlungsschicht
3.1.2.1 Internet Protocol Version 4 (IPv4)
3.1.2.2 Internet Protocol Version 6 (IPv6)
3.1.2.3 Internet Group Management Protocol (IGMP)
3.1.2.4 Internet Control Message Protocol (ICMP) und ICMPv6
3.1.2.5 Resource Reservation Protocol (RSVP)
3.1.3 Protokolle der Transportschicht
3.1.3.1 Transmission Control Protocol (TCP)
3.1.3.2 User Datagramm Protocol (UDP)
3.1.3.3 Realtime Transport Protocol (RTP)
3.1.3.4 RTP Control Protocol (RTCP)
3.2 Bewertung der Protokolle bezüglich ihrer Eignung für QoS
3.2.1 Bewertung der Protokolle der Vermittlungsschicht
3.2.1.1 IPv4
3.2.1.2 IPv6
3.2.1.3 RSVP
3.2.1.4 Schlussfolgerung
3.2.2 Bewertung der Protokolle der Transportschicht
3.2.2.1 TCP
3.2.2.2 UDP
3.2.2.3 RTP & RTCP
3.2.2.4 Schlussfolgerung
4. Protokollarchitektur der UTRAN-Schnittstellen
4.1 Übersicht
4.2 Iu-Schnittstelle
5. Quality of Service (QoS) – Die Dienstgüte
5.1 Anforderungen an ein Funksystem
5.2 QoS – Aufbau bei UMTS
5.3 UMTS QoS-Verkehrs-Klassen
5.4 UMTS Trägerdienst Eigenschaften (UMTS Bearer Service)
5.5 Referenz Radio Access Bearer
6. Analyse der Datenübertragung mittels IP im UTRAN
6.1 Kapselung der Daten
6.2 Mögliche Übertragungssysteme für das UTRAN
6.3 Berechnungen am Beispiel GTP-U/UDP/IP/AAL5/ATM
7. Mobile IP
7.1 Grundkonfiguration nach RFC 2002
7.2 Funktionsweise von Mobile IP
7.3 Mobile IP im UMTS-Netz
8. IP über Funk
8.1 Funksysteme / Wireless LAN
8.1.1 IEEE 802.11
8.1.2 HIPERLAN
8.1.3 Bluetooth
8.2 Vergleich WLANs
8.3 Bewertung WLAN hinsichtlich ihrer Dienstgütegarantien
9. Bewertende Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Die Diplomarbeit analysiert die Möglichkeiten einer IP-basierten Datenübertragung innerhalb des UMTS-Funknetzes, um die Anforderungen an Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Dienste zu erfüllen und entsprechende Lösungsvorschläge für die Netzarchitektur und Dienstgüte (QoS) zu erarbeiten.
- Architektur und Funktion von UMTS und UTRAN.
- Grundlagen der Internet-Protokollfamilie (ISO-OSI, IPv4, IPv6, UDP, TCP).
- Bewertung der Dienstgüte (QoS) und Verkehrsklassen im UMTS-Kontext.
- Analyse der Kapselung und Effizienz der Datenübertragung mittels IP.
- Untersuchung von Mobilitätskonzepten (Mobile IP) und drahtlosen Zugangstechnologien (WLAN).
Auszug aus dem Buch
3.1.2.1 Internet Protocol Version 4 (IPv4)
Das IPv4 bietet einen unzuverlässigen und datagrammorientierten Ende-zu-Ende Übertragungsdienst. Es ist zuständig für die Vermittlung und optional für die Aufteilung und Zusammensetzung von Benutzerdatagrammen auf deren Weg durch das Teilnetz zum Zielsystem.
Die Transporteinheit im IP ist ein Datagramm. Sein Aufbau wird normalerweise in jeweils 32 Bit-Blöcken senkrecht skizziert, wobei der variable Vorspann (Header) mindestens 20 Bytes groß ist. Außerdem besitzt es keinen Nachspann.
Zusammenfassung der Kapitel
1. UMTS – Aufbau und Funktion: Beschreibt die Grundlagen des UMTS-Netzes, die Architektur und die verschiedenen Zugriffsverfahren (FDD/TDD).
2. Das ISO-OSI-7-Schichtenmodell: Bietet einen Exkurs über das Schichtenmodell als theoretische Grundlage für das Verständnis von Netzwerkprotokollen.
3. Die Internet-Protokollfamilie: Analysiert die für die IP-Übertragung relevanten Protokolle auf Vermittlungs- und Transportschichtebene hinsichtlich ihrer Eignung für QoS.
4. Protokollarchitektur der UTRAN-Schnittstellen: Untersucht den Aufbau der verschiedenen Schnittstellen des UTRAN und deren Unterstützung für Nutzer- und Kontrolldaten.
5. Quality of Service (QoS) – Die Dienstgüte: Definiert die Anforderungen an die Dienstgüte und die verschiedenen UMTS-Verkehrsklassen zur Gewährleistung der Übertragungsqualität.
6. Analyse der Datenübertragung mittels IP im UTRAN: Führt Berechnungen zur Effizienz der Datenkapselung und zu möglichen Übertragungssystemen wie SDH durch.
7. Mobile IP: Erläutert das Konzept der Mobilitätsunterstützung im Internet und dessen Anwendung auf das UMTS-Netz.
8. IP über Funk: Vergleicht verschiedene Wireless LAN-Technologien und bewertet deren Tauglichkeit für IP-basierte Dienste mit Dienstgütegarantien.
9. Bewertende Zusammenfassung und Schlussfolgerungen: Fasst die Ergebnisse zusammen und gibt Empfehlungen für den Einsatz von IPv6 und RSVP im UMTS-Kontext.
Schlüsselwörter
UMTS, UTRAN, IP, IPv4, IPv6, QoS, Dienstgüte, Mobile IP, Echtzeit-Dienste, Protokollarchitektur, Datenübertragung, Wireless LAN, ATM, SDH, Verkehrsklassen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit untersucht, wie eine IP-basierte Übertragung in zukünftigen UMTS-Mobilfunknetzen für verschiedene Dienstarten realisiert und hinsichtlich ihrer Qualität bewertet werden kann.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen die UMTS-Netzarchitektur, die Internet-Protokollfamilie, Mechanismen zur Dienstgütegarantie (QoS), Übertragungseffizienz sowie Mobilitätsmanagement.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, die Möglichkeiten einer IP-basierten Übertragung im UMTS-Funknetz für Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Dienste zu analysieren und Anforderungen sowie Lösungsvorschläge für den Datentransport zu formulieren.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden eine theoretische Analyse der Protokollstapel, eine Bewertung der Eignung bestehender Internet-Protokolle (IPv4/IPv6) sowie quantitative Berechnungen zur Übertragungseffizienz durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit detailliert behandelt?
Im Hauptteil werden neben dem Aufbau von UMTS die OSI-Schichten, spezifische Internet-Protokolle, die QoS-Architektur bei UMTS, die Kapselung von Datenpaketen und Aspekte der Teilnehmer-Mobilität (Mobile IP) behandelt.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind UMTS, UTRAN, Quality of Service (QoS), IPv6, Mobile IP und IP-Kapselung.
Warum ist die Wahl zwischen IPv4 und IPv6 für UMTS relevant?
IPv4 ist aufgrund von Adressknappheit und fehlenden QoS-Funktionen für zukünftige Echtzeitdienste im Mobilfunk weniger geeignet, während IPv6 durch ein größeres Adressfeld und Priorisierungsfunktionen Vorteile bietet.
Wie beeinflusst die Kapselung von Daten die Übertragungseffizienz?
Da jede Kapselung (z.B. über GTP-U, UDP, IP) einen Protokoll-Overhead erzeugt, sinkt die Netto-Datenrate, was besonders bei kleinen Datenpaketen (z.B. Sprache) die Effizienz verschlechtert.
- Citation du texte
- Richard Klein (Auteur), 2000, Analyse und Bewertung der Möglichkeiten einer IP-basierten Übertragung im UMTS Funknetz für Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Dienste., Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/6757