Universität StuttgartINSTITUT FÜR
KOMMUNIKATIONSNETZEUND RECHNERSYSTEME
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. P. J. Kühn
Mobilität in der Telekommunikation
Bernd Gloss
Institut für Kommunikationsnetze und RechnersystemeUniversität Stuttgart
Workshop „Zukunft der Netze“VDE/ITG FA 5.2, Dortmund, 4. April 2003
• Einleitung
• Grundlagen der Telekommunikation
• Problemstellung „Mobilität“
• Lösungen
• Zusammenfassung und Ausblick
Inhalt
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Motivation
„Netze, die Mobilität unterstützen, erlauben es Nutzern oder End-geräten, zwischen verschiedenen Teilen des Netzes zu wechselnwährend die betroffenen Kommunikationsbeziehungen erhaltenbleiben“
Grundvoraussetzung
„Um Mobilitätsunterstützung bieten zu können, müssen Tele-kommunikationssysteme über Mechanismen verfügen, dieNutzerlokationen verwalten und Daten an den momentanenAufenthaltsort eines Nutzers ausliefern“
Ziel des Tutorialbeitrags• Grundlegendes Verständnis für Komponenten der
Mobilitätsunterstützung
• Baukasten für neu zu entwerfende Systeme
Einleitung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
• Diverse Kommunikationssysteme zur Unterstützung vonEndgerätemobilität (GSM, GPRS, UMTS, ...)
L1
L2
IP
UDP/TCP
GTP
IP/X.25
L1
L2
IP
UDP/TCP
GTP
L1 bis
Frame
BSSGP
LLC
SNDCP
Relay
L1 bis
BSSGP
GSM RF
Frame
RLC
Relay
LLC Relay
MAC
GSM RF
RLC
MAC
LLC
SNDCP
IP/X.25
Application
MS BSS / PCU SGSN GGSN
Um Gb Gn Gi
Internet
LLC: Logical Link Control
RLC: Radio Link Control
MAC: Medium Access
SNDCP: Subnetwork DependentConvergence Protocol
BSSGP: Base Station Subsystem
GTP: GPRS Tunneling Protocol
TCP: Transmission Control Protocol
UDP: User Datagram Protocol
ControlGPRS Protocol
Einleitung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
IP-basierte Systeme• Mobile IP, Cellular IP, ...
wirelessaccess
Internet
network
wirelessaccessnetwork
corewire-based
accessnetwork
Einleitung 3
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundlagen der Telekommunikation
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Beschreibung von Telekommunikationssystemenend system
relay system
link segments
end systemapplication entities
relay system
Grundlagen der Telekommunikation
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Beschreibung von Telekommunikationssystemenend system
relay system
link segments
end systemapplication entities
relay system
peerinstances
relay system relay system
7 Application
6 Presentation
5 Session
4 Transport
3 Network
2 Data Link
1 Physical
7 Application
6 Presentation
5 Session
4 Transport
3 Network
2 Data Link
1 Physical
peer instances
peerinstances
peerinstances
Grundlagen der Telekommunikation
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Beschreibungsform für Kommunikationssysteme
• Schichtung (z.B. OSI, Internet-Modell, ...)
• Adjacent Layer Protokolle und Dienstprimitive
• Peer-to-Peer Protokolle
system A
(n+1)-entity
(n)-entity
system B
(n+1)-entity
(n)-entity
request confirmation response indication
(n+1)-protocol
(n)-protocol
Grundlagen der Telekommunikation 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Problemstellung „Mobilität“
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Problem• Mobiler Nutzer bzw.
mobiles Endgerätwechselt den Netz-zugangspunkt
• Rekonfiguration oderAustausch untererSchichten
CMN
MN
Netzzugang #1
Netzzugang #2
Bewegung /Rekonfiguration
Kommunikations-partner
Kommunikationsnetz (allg.)
Adressierung und Nummerierung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Problem• Mobiler Nutzer bzw.
mobiles Endgerätwechselt den Netz-zugangspunkt
• Rekonfiguration oderAustausch untererSchichten
CMN
MN
Netzzugang #1
Netzzugang #2
Bewegung /Rekonfiguration
Kommunikations-partner
Kommunikationsnetz (allg.)
(n)-entity (n)-entity
(n+1)-entity (n+1)-entity
(n)-entity
(n+1)-entity
(n)-SAPs
(n+1)-SAPs
(n+1)-protocol
(n)-protocol
Adressierung und Nummerierung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Hierarchische Nummerierung
nationaldestinationcode
subscribernumber
+49-711-1234567
countrycode
Adressierung und Nummerierung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Hierarchische Nummerierung
nationaldestinationcode
subscribernumber
+49-711-1234567
countrycode
yet not defined
multicast-address (28 bit)
local address (24 bit)
local address (16 bit)
local address (8 bit)
0 network (7 bit)
10 network (14 bit)
110 network (21 bit)
1110
1111
class A
class B
class C
class D
future
Adressierung und Nummerierung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #1: Änderung der Adresse
Netzzugang #1
Kommunikationspartner(62.17.104.3)
(129.69.171.2)Kommunikationsnetz (allg.)
MN
C
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #1: Änderung der Adresse
Netzzugang #1
Netzzugang #2
(1) MN bewegt sich
Kommunikationspartner(62.17.104.3)
(129.69.171.2)Kommunikationsnetz (allg.)
MN
C MN
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #1: Änderung der Adresse
Netzzugang #1
Netzzugang #2
(1) MN bewegt sich
Kommunikationspartner(62.17.104.3)
(129.69.171.2)
(134.21.19.2)
(2) MN bezieht neueAdresse
Kommunikationsnetz (allg.)
MN
C MN
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #1: Änderung der Adresse
Netzzugang #1
Netzzugang #2
(1) MN bewegt sich
Kommunikationspartner(62.17.104.3)
(129.69.171.2)
(134.21.19.2)
(2) MN bezieht neueAdresse
(3) MN registriertneue Adresse
Kommunikationsnetz (allg.)
MN
C MN
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #1: Änderung der Adresse
Netzzugang #1
Netzzugang #2
(1) MN bewegt sich
Kommunikationspartner(62.17.104.3)
(129.69.171.2)
(134.21.19.2)
(2) MN bezieht neueAdresse
(3) MN registriertneue Adresse
(4) C sendet an dieneue Adresse
Kommunikationsnetz (allg.)
MN
C MN
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #1: Änderung der Adresse
• Rekonfiguration der Schichten 1 bis n
• Betroffen sind die Schichten 1 bis (n+1)
• Erste nicht-betroffene Schicht ist die Schicht (n+2)
• Pro: gute Skalierbarkeit; Contra: hohe Signalisierungslaufzeiten
Netzzugang #1
Netzzugang #2
(1) MN bewegt sich
Kommunikationspartner(62.17.104.3)
(129.69.171.2)
(134.21.19.2)
(2) MN bezieht neueAdresse
(3) MN registriertneue Adresse
(4) C sendet an dieneue Adresse
Kommunikationsnetz (allg.)
MN
C MN
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #2: Änderung der Route
MN is atinterface B2
MN is atinterface C2
B2 B3
C2 C3
MN is atinterface A2
A2 A3
MN is atinterface D1
D3D2
D1C1
B1
MobileNode
Ebene 1
Ebene 2
Ebene 3
A1
(129.69.171.2)
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #2: Änderung der Route
MobileNode
MobileNode
(1) MN bewegt sich
MN is atinterface B2
MN is atinterface C2
B2 B3
C2 C3
MN is atinterface A2
A2 A3
MN is atinterface D1
D3D2
D1C1
B1
A1
(129.69.171.2)
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #2: Änderung der Route
MobileNode
MobileNode
(1) MN bewegt sich
(2) MN bindet sich anneuen Netzzugang
MN is atinterface B2
MN is atinterface C2
B2 B3
C2 C3
MN is atinterface A2
A2 A3
MN is atinterface D1
D3D2
D1C1
B1
A1
(129.69.171.2)
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #2: Änderung der Route
MobileNode
MobileNode
(1) MN bewegt sich
(2) MN bindet sich anneuen Netzzugang
(3) Routing-Änderungenwerden aktiviert
MN is atinterface B2
MN is atinterface C2
B2 B3
C2 C3
MN is atinterface A2
A2 A3
MN is atinterface D1
D3D2
D1C1
B1
A1
D3
B3
C1
(129.69.171.2)
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Grundverfahren #2: Änderung der Route
• Pro: lokale Signalisierung; Contra: schlechte Skalierbarkeit
MN is atinterface B2
MN is atinterface C2
B2 B3
C2 C3
MN is atinterface A2
A2 A3
MN is atinterface D1
D3D2
D1C1
B1
A1
• Rekonfiguration derSchichten 1 bis n
• Betroffen sind dieSchichten 1 bis n
• Erste nicht-betroffeneSchicht ist dieSchicht (n+1)
MobileNode
MobileNode
(1) MN bewegt sich
(2) MN bindet sich anneuen Netzzugang
(3) Routing-Änderungenwerden aktiviert
D3
B3
C1
(129.69.171.2)
Verfahren zur Mobilitätsunterstützung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Mobile IP
321
321
21
321
543
67
34567
Mobile IP Tunnel
MIP Home Agent
System A System B
Foreign Network 2
Daten
Daten
Home Network
Home Agent
IP-in-IP Tunnel
Foreign Network 1
Signalisierung
• Problem:Systemrekonfigurationenkönnen sich in mehr als einerSchicht des Protokollstapelsauswirken
• Abhilfe:Overlay-Architekturansatz
Architekturen zur Mobilitätsunterstützung
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
• Diverse Kommunikationssysteme zur Unterstützung von Mobilität
L1
L2
IP
UDP/TCP
GTP
IP/X.25
L1
L2
IP
UDP/TCP
GTP
L1 bis
Frame
BSSGP
LLC
SNDCP
Relay
L1 bis
BSSGP
GSM RF
Frame
RLC
Relay
LLC Relay
MAC
GSM RF
RLC
MAC
LLC
SNDCP
IP/X.25
Application
MS BSS / PCU SGSN GGSN
Um Gb Gn Gi
Internet
LLC: Logical Link Control
RLC: Radio Link Control
MAC: Medium Access
SNDCP: Subnetwork DependentConvergence Protocol
BSSGP: Base Station Subsystem
GTP: GPRS Tunneling Protocol
TCP: Transmission Control Protocol
UDP: User Datagram Protocol
ControlGPRS Protocol
Architekturen zur Mobilitätsunterstützung 2
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Zusammenfassung und Ausblick
Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme Universität Stuttgart
Zusammenfassung• Betrachtet: Grundkonzepte der Mobilitätsverwaltung
• Es gibt zwei Formen der Mobilitätsunterstützung:Adress-Änderung, Routen-Änderung
• Architekturen für hierarchisch Behandlung von Mobilität(Abwägung Aufwand – Ergebnis möglich)
• Mobilitätsunterstützung in verschiedenen Schichtendes Protokollstacks möglich, aber immer ähnlich
Ausblick• Weitere Aspekte der Mobilitätsverwaltung
• Netzerkennung
• Handover Konzepte
• Paging
(können ähnlich betrachtet werden)
Zusammenfassung und Ausblick