Analyse und Bewertung der Möglichkeiten einer IP-basierten Übertragung im UMTS Funknetz für Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Dienste.

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

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.