Voice over IP im Mobilfunk

Voice over IP im Mobilfunk

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Inhaltsangabe:Einleitung: Einem eher moderaten Wachstum der transportierten Mengen an Nutzdaten durch die Sprachkommunikation der vergangenen Jahre steht ein exponentieller Anstieg der transportierten Datenmengen gegenA¼ber. Wurden Kommunikationssysteme in der Vergangenheit vorwiegend fA¼r eine Sprachkommunikation ausgelegt, werden heutige Netze fA¼r den Datentransport entwickelt. Noch treffen diese Aussagen hauptsAcchlich auf FestnetzanschlA¼sse zu. Im Mobilfunk werden derzeit noch A¼ber 70% der Einnahmen durch leitungsvermittelnde Sprachdienste erzielt. Beachtet man, dass die Entwicklung in Mobilfunknetzen denen im Festnetz etwa 5 bis 6 Jahre nach stehen, erkennt man, dass die Verkehrsmengen durch Datenkommunikation auch in Funknetzen in naher Zukunft A¼berwiegen werden. Im Gegensatz zu leitungsvermittelnden Festnetzdiensten entstehen im Mobilfunk die hApchsten Belastungen nicht durch Vermittlungsknoten, sondern durch das Radio Access Network (RAN). Vor allem die groAŸe Anzahl von Basisstationen verursacht hohe Kosten, die auch bei der Umstellung auf eine reine paketvermittelnde Struktur nicht signifikant sinken. Eine Substitution leitungsvermittelnder Dienste wird daher nicht so schnell voran getrieben wie das im Festnetzbereich zu erkennen ist. Um aber auf zukA¼nftige Entwicklungen flexibel reagieren zu kApnnen, erfolgt auch im Mobilfunk die langsame Abkehr von leitungsvermittelnden Diensten. Eine der SchlA¼sseltechnologien fA¼r die Substitution von herkApmmlichen Sprachdiensten ist Voice over IP. VoIP beschreibt dabei Verfahren zur Aœbermittlung von Sprache in IP basierenden Datennetzen. Das heiAŸt, um eine a€žKonvergenz der Netzea€œ zu gewAchrleisten ist es nAptig Echtzeitkommunikation in Datennetze zu integrieren. Jedoch entstehen durch diese Integration von Echtzeitdiensten neue Heraus- und Anforderungen. Die Performance von Voice over IP im Mobilfunk wurde sowohl theoretisch als auch praktisch schon vielfach untersucht. Jedoch basierten die Bedingungen fA¼r die Untersuchungen stets auf einer stationAcren Nutzung. Die Frage nach der mobilen Nutzung von VoIP steht aber noch offen. Welchen Einfluss haben Zellwechselprozesse auf die DienstgA¼te von VoIP? Und wie wirkt sich die TeilnehmermobilitAct auf die Performance von Voice over IP aus? Hauptaugenmerk dieser Arbeit richtet sich daher auf die Zellwechselprozesse in Mobilfunknetzen. Dabei werden die Systeme GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA und WLAN untersucht. Im Mittelpunkt steht dabei die von einem Nutzer wahrnehmbare DienstgA¼te von Voice over IP. Ausgehend von einer theoretischen Betrachtung werden praktische Untersuchungen zu verschiedenen MobilitActsszenarien durchgefA¼hrt und ausgewertet. Zudem werden MApglichkeiten zur Optimierung und Verbesserung aufgezeigt. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: ABKAœRZUNGSVERZEICHNISVII ABBILDUNGSVERZEICHNISXI VERZEICHNIS DER TABELLENXIV VERZEICHNIS DER GLEICHUNGENXIV SYMBOLVERZEICHNISXV 1.VOICE OVER IP IM MOBILFUNK1 1.1EinfA¼hrung1 1.2Themenbeschreibung2 2.DIENSTGAœTE IN PAKETNETZEN3 2.1Definition3 2.2DienstgA¼te bei VoIP4 2.2.1Herausforderung DienstgA¼tebestimmung4 2.2.2Betrachtungsweisen der DienstgA¼te4 2.2.3Enduser Quality5 2.2.4EinflA¼sse von Netzwerk und Terminal auf die DienstgA¼te9 3.BESTEHENDE MOBILFUNKNETZE19 3.1MobilitAct im Mobilfunk19 3.1.1Zellularer Aufbau der Netze19 3.1.2MobilitActsmanagement in Mobilfunknetzen19 3.1.3Zellwechsel20 3.2General Packet Radio Service23 3.2.1EinfA¼hrung23 3.2.2Genereller Systemaufbau23 3.2.3DatenA¼bertragung im GPRS26 3.2.4DienstgA¼testruktur27 3.2.5MobilitAct im GPRS- Netz28 3.2.6Optimierung fA¼r GPRS32 3.3Universal Mobile Telecommunication System34 3.3.1Chancen durch UMTS34 3.3.2Grundlegende Systemarchitektur34 3.3.3PaketA¼bertragung im UMTS37 3.3.4Quality of Service im UMTS- Netz38 3.3.5MobilitAct im UMTS- Netzwerk39 3.3.6Zellwechselprozesse40 3.4High Speed Downlink Packet Access45 3.4.1Motivation45 3.4.2Prinzipien des HSDPA46 3.4.3MobilitAct49 3.4.4Channel Type Switching51 3.5Wireless Local Area Network54 3.5.1EinfA¼hrung54 3.5.2WLAN- Architektur54 3.5.3DatenA¼bertragung im WLAN56 3.5.4MobilitAct bis Layer 257 3.5.5MobilitAct A¼ber Subnetgrenzen hinweg60 4.VERTIKALE ZELLWECHSEL65 4.1EinfA¼hrung65 4.2Wechsel der Radio Access Technologie65 4.2.1BegriffsklAcrung65 4.2.2Handover zwischen GPRS und UMTS66 4.2.3Wechsel zwischen HSDPA und GPRS67 4.3Cross Bearer Mobility67 4.3.1BegriffsklAcrung67 4.3.2Genereller Systemaufbau fA¼r CBM68 4.3.3Konzept der MobilitAct mit CBM69 4.3.4Generic Access Network71 5.MESSPRINZIPIEN72 5.1EinfA¼hrung72 5.2Idee der Performancemessungen72 5.3Softphones73 5.3.1Anwendungsbereiche73 5.3.2Audiocodec74 5.3.3Jitterbuffereinstelllungen75 5.3.4Anpassung an Delayverringerungen75 5.4Sprachsample76 5.5SprachqualitAct76 5.6Anzahl der Messungen77 5.7Zellwechsel77 5.8Zusammenfassung78 6.PRAKTISCHE UNTERSUCHUNGEN79 6.1VoIP im GPRS79 6.1.1Allgemeines79 6.1.2StationAcre Anwendung79 6.1.3Coding Scheme 1, 2 und 380 6.1.4Coding Scheme482 6.1.5Intra BTS Cell Reselection83 6.1.6Inter BTS / intra BSC Cell Reselection86 6.1.7Inter BSC / intra SGSN Cell Reselection88 6.1.8Inter SGSN Cell Reselection88 6.1.9Verbesserung fA¼r die stationAcre Anwendung von VoIP89 6.1.10VerbesserungsvorschlAcge bei Zellwechselprozessen91 6.1.11Zusammenfassung91 6.2Network Assisted Cell Change93 6.2.1Network Assisted Cell Change ohne RAU und LAU93 6.2.2Weitere Zellwechsel mit NACC95 6.2.3Zusammenfassung95 6.3Auswertung zu EDGE96 6.3.1StationAcrer Fall96 6.3.2Cell Reselection bei EDGE98 6.3.3Zusammenfassung101 6.4UMTS102 6.4.1statische Untersuchungen102 6.4.2Soft Handover105 6.4.3Intra SGSN Area SRNS- Relocation106 6.4.4Inter SGSN Area SRNS- Relocation110 6.4.5Inter frequency Handover Hersteller A111 6.4.6Inter RNC Handover ohne Verwendung des Iur- Interface115 6.4.7VerbesserungsvorschlAcge und Zusammenfassung116 6.5High Speed Downlink Packet Access118 6.5.1Allgemeines118 6.5.2StationAcrer Fall118 6.5.3System Hersteller A119 6.5.4System Hersteller B122 6.5.5Zusammenfassung / VerbesserungsvorschlAcge126 6.6Intra RAT Conversion127 6.6.1Wechsel zwischen GPRS und EDGE127 6.6.2CTS zwischen HSDPA und UMTS127 6.6.3HS- DSCH to DCH130 6.6.4inter RNC Cell Change132 6.6.5Zusammenfassung / VerbesserungsvorschlAcge133 6.7WLAN135 6.7.1stationAcre Anwendung135 6.7.2Einfluss von Bewegung135 6.7.3Intra Subnet Cell Change136 6.7.4Inter Subnet Roaming139 6.7.5Zusammenfassung / VerbesserungsvorschlAcge140 6.8Inter RAT Zellwechsel141 6.8.1GPRS to UMTS141 6.8.2UMTS to GPRS143 6.8.3HSDPA to EDGE145 6.8.4EDGE zu HSDPA147 6.8.5Zusammenfassung / VerbesserungsvorschlAcge147 6.9Cross Bearer Mobility149 6.9.1Serieller Kontext149 6.9.2Paralleler Kontext151 6.9.3Zusammenfassung155 7.DIENSTGAœTE VON VOIP IN BESTEHENDEN MOBILFUNKNETZEN156 7.1Allgemeines156 7.2StationAcre Anwendung156 7.2.1GPRS / EDGE157 7.2.2UMTS157 7.2.3HSDPA157 7.2.4WLAN157 7.3Einfluss von Zellwechselprozessen158 7.4Empfehlung an VoIP- Clients159 7.5ZukA¼nftige Untersuchungen160 ANHANGI ABergriffsdefinitionI BHilfsmittelIV CQuellenverzeichnis6 Literatur6 Internetquellen7 Sonstige Quellen8 Textprobe:Textprobe: Kapitel 4.2.2, Handover zwischen GPRS und UMTS: GPRS zu UMTS: Ein GPRS zu UMTS Handover von aktiven Datendiensten ist kein Handover im eigentlichen Sinn, da das MobilgerAct dem Netzwerk die ZugehAprigkeit zu einer neuen Zelle ankA¼ndigt. Das heiAŸt, wie bei einem intra RAT Zellwechsel im GPRS, signalisiert auch beim Wechsel zwischen GPRS und UMTS das EndgerAct einen Zellwechsel. Wird eine UMTS Zelle ausgewAchlt, muss ein Wechsel der Lokalisierungszonen durchgefA¼hrt werden. Der eigentliche Handoverprozess besteht daher vorwiegend aus LAU, RAU und einem PDP- Kontext Austausch zwischen 2G und 3G SGSN. Sobald der PDP- Kontext an den 3G SGSN A¼bermittelt wurde, wird der RNC aufgefordert Ressourcen fA¼r den Teilnehmer zu reservieren. Ab diesem Punkt entspricht ein inter RAT Zellwechsel weitgehend einem normalen Verbindungsaufbau im UMTS Rel. 99. Das heiAŸt, ein PDP- Kontext wird eingerichtet, Ressourcen fA¼r die Kommunikation werden reserviert, die VerschlA¼sselung wird aktiviert und der GTP- Tunnel zwischen 3G SGSN und GGSN wird aufgebaut. UMTS zu GPRS: Das Prinzip bei einem UMTS zu GPRS Zellwechsel ist im wesentlichen das Gleiche, wie bei einem GPRS zu UMTS Wechsel. Ist eine GPRS Zelle ausgewAchlt, wird ein LAU und RAU durchgefA¼hrt. Sind die Teilnehmerinformationen (Kontext) an den neuen SGSN A¼bermittelt, kApnnen die Ressourcen im UTRAN freigegeben werden. Es werden bei einem UMTS zu GPRS Zellwechsel die gleichen Prozesse angestoAŸen wie bei einem inter SGSN Wechsel im Mobilfunknetz der zweiten Generation. In der Zielzelle muss das EndgerAct im Anschluss an die VerbindungsA¼bergabe Ressourcen vom Netz fA¼r die DatenA¼bertragung anfordern. Dieser Fakt und die serielle Bearbeitung von LAU und RAU fA¼hren im Vergleich zu einem Wechsel von GPRS nach UMTS zu einer erhAphten Unterbrechungszeit. Vor einem Zellwechsel muss im UMTS der compressed Mode aktiviert, um SignalstAcrke-messungen von 2G Nachbarzellen vornehmen zu kApnnen. Beim Aœbergang von 2G- zu 3G- Netzen ist dies aufgrund von Time Division Multiple Access (TDMA) auf der Luftschnittstelle im Mobilfunknetz der zweiten Generation nicht nAptig. Wechsel zwischen HSDPA und GPRS: GPRS zu HSDPA: Ein Wechsel von GPRS auf den HSDPA- Kanal besteht aus einer Kombination der in Abschnitt 4.2.2.1 und 3.4.4.2 beschrieben Prozessen des GPRS zu UMTS Zellwechsels und einem Upgrade in den HS- DSCH. Anstelle der Zuweisung eines dedizierten Rel. 99 Kanals wird dem EndgerAct bei der Ressourcenzuteilung direkt der Zugriff auf den HSDPA- Kanal erlaubt. Zudem mA¼ssen vor einer DatenA¼bertragung Ressourcen vom Netz angefordert werden. Dieser Prozess wirkt sich ebenfalls nicht auf die Unterbrechungszeit aus, da die Zuteilung sehr schnell erfolgt. Im Vergleich zu einem GPRS zu UMTS Wechsel bleibt die Unterbrechungszeit daher nahezu unverAcndert. HSDPA zu GPRS: Derzeit ist es nicht mApglich direkt aus dem HS- DSCH einen inter RAT- Zellwechsel einzuleiten. Da UMTS und GPRS unterschiedliche FrequenzbAcnder verwenden, muss fA¼r einen inter RAT- Zellwechsel der compressed Mode aktiviert werden. Technologie bedingt kann der compressed Mode lediglich bei Verwendung eines dedizierten Kanals aktiviert werden. Das heiAŸt, dieser Zellwechsel erfolgt A¼ber einen CTS- Prozess aus dem HSDPA auf einen dedizierten Rel. 99 Kanal, mit anschlieAŸenden Wechsel nach 2G. Auch dieser Zellwechsel setzt sich aus den in Abschnitt 3.4.4.3 und 4.2.2.2 beschriebenen VorgAcngen zusammen. Es entstehen dadurch zwei Unterbrechungen. Die erste Unterbrechung aufgrund des Reconfiguration in einen dedizierten Rel. 99 Kanal und eine zweite Unterbrechung aufgrund des Wechsels in das 2G- Netz. Cross Bearer Mobility: BegriffsklAcrung: Cross Bearer Mobility (CBM) bezeichnet die MApglichkeit fA¼r Zellwechsel zwischen WLAN und den traditionellen Mobilfunknetzen, wie GPRS, EDGE, UMTS oder HSDPA. Anders als bei einem inter RAT Zellwechsel sind WLAN und die Radio Access Technologien nicht verwandte Systeme. Daher spricht man bei einem Zellwechsel zwischen WLAN und den 3GPP- Systemen vom inter System Change. Die Standardisierung fA¼r diese Systeme erfolgte in verschiedenen Gremien, weshalb Zellwechsel schwieriger zu handhaben sind. Wie bei einem Subnetzwechsel im WLAN mA¼ssen bei CBM ebenfalls verschiedene IP- Adressen verwaltet werden. Eine Problembeschreibung wurde schon unter 3.5.5.1 gegeben. Das bei der T- Mobile eingesetzte Verfahren fA¼r CBM basiert derzeit ausschlieAŸlich auf Mobile IP. Allerdings sind grundsActzlich alle unter 3.5.5 aufgefA¼hrten Methoden fA¼r CBM ebenfalls anwendbar. Genereller Systemaufbau fA¼r CBM: Allein fA¼r Mobile IP sind eine Vielzahl von Architekturen mApglich. Jedoch wird Im Folgenden lediglich die LApsung von T- Mobile betrachtet. Das in der Testphase befindliche System fA¼r Cross Bearer Mobility wird in Abbildung 43 dargestellt. Die existente NetzfunktionalitAct wird durch die Integration von CBM nicht beeintrAcchtigt. Das heiAŸt, eine standardmAcAŸige Kommunikation ohne Verwendung neuer Netzelemente ist weiterhin mApglich. Orange eingefAcrbte Netzelemente werden fA¼r die Integration von Mobile IP benAptigt. Das Metro Wireless Service Gateway (MWSG) bildet das Verbindungsglied zwischen hybriden WLAN Netzwerken und dem Kernnetz der Mobilfunknetze der zweiten und dritten Generation. In Verbindung mit dem Radio Access Controller bietet dieses Gateway eine auf SIM- Informationen basierende Authentifizierung im WLAN an. Somit wird eine SIM- Authentifizierung A¼ber alle Bearer (WLAN, 3GPP- Netze) realisiert. Das MWSG A¼bernimmt die Funktionen eines SGSN fA¼r Wireless Local Area Networks. Diese Mobile IP LApsung entspricht daher einer Einbindung von WLAN als Radio Access Network in die Kernnetzstruktur bestehender Mobilfunknetze der zweiten und dritten Generation. Die Datenkommunikation erfolgt in beide Richtungen A¼ber den HA. Zentraler Punkt der Aœbermittlung ist daher der HA. Dieser bildet den Ankerpunkt fA¼r eingehende Verbindungen und A¼bernimmt somit ein Teil der Aufgaben des GGSN fA¼r CBM- Verbindungen. Spezielle Foreign Agents sind bei dieser Architektur nicht nAptig. Nach der Zuteilung einer neuen IP- Adresse informiert der MIP- Client den HA selbststAcndig A¼ber diese. Das heiAŸt, das EndgerAct muss fA¼r CBM A¼ber spezielle FAchigkeiten verfA¼gen, welche A¼ber einen softwarebasierten Mobile IP Client integriert werden.Parameter Einstellung GPRS- Konfiguration Coding Scheme Hersteller Live- Netz T- Mobile CS4 C EndgerAct Nokia 6230i 6.2.1 Network Assisted Cell Change ohne RAU und LAU Derzeit kann ein Network Assisted Cell Change lediglichanbsp;...


Title:Voice over IP im Mobilfunk
Author: Mario Schulz
Publisher:diplom.de - 2008-11-25
ISBN-13:

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