Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 79

Die Weiterentwicklung zellularer Dienste – HSPDA, ETSI BRAN und IEEE 802.20

23.04.2010 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

Die Entwicklung im Bereich mobiler (Daten-)Kommunikation schreitet rasant voran; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
Die Entwicklung im Bereich mobiler (Daten-)Kommunikation schreitet rasant voran; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels

Ein wesentliches Problem zellularer Netze ist, dass sie nur auf dem letzten Stück mit Funktechnik arbeiten und die gesamte Infrastruktur mit einer verkabelten Technik abgewickelt werden muss. Die bereits behandelten Wireless MESH-Techniken können aber auch für die Unterstützung zellularer Dienste in Anspruch genommen werden. Weiterentwicklungen sind aber auch HSDPA, BRAN von ETSI und IEEE 802.20.

Laufende Verbesserungen an 2G-Systemen werden auch oft als 2.5G bezeichnet. Demgemäß nennt man verbesserte 3G Systeme 3.5G. Das Upgrade, der am nächsten an der Realität ist, heißt HSDPA (High Speed Download Packet Access) und wurde in 2002 standardisiert. Hier werden verbesserte Modulationstechniken verwendet, um Datenraten von bis zu 10 Mbit/s. zu erreichen. Alle Benutzer in einer Zelle müssen sich diese Datenrate teilen, aber in einer effizienten Art, die als „extreme Unfairness“ bezeichnet wird.

Personen in interferenzarmen Gebieten bekommen mehr Datenrate anstatt dass man versucht, die Datenrate immer sauber gleichmäßig zu portionieren. HSDPA arbeitet nur mit Weitband Code Division Multiple Access (W-CDMA), dem weltweiten 3G-Standard, der in Europa entwickelt wurde. Viele amerikanische Betreiber verwenden demgegenüber schmalbandigere CDMA-Systeme, die theoretisch spektral effizienter sind. Sie erreichen diese Effizienzsteigerung durch die Verwendung von Verfahren, die dem HSDPA nicht unähnlich sind, lassen aber so keinerlei Raum mehr für Erweiterungen.

Die generellen physikalischen Randbedingungen besagen, welche Bandbreiten benötigt werden. Schmalbandiges CDMA benötigt in jeder Richtung 1,25 MHz, W-CDMA schon 5 MHz und der MBS Prototyp benötigte 160 MHz in jeder Richtung, weshalb man für ihn ja auch einen bislang weitestgehend unbenutzten Frequenzbereich benötigte. Die ITU empfahl den CDMA-Betreibern die Verwendung von W-CDMA, aber dafür war in den USA einfach nicht mehr genug Platz.

Das größte Problem für drahtlose LAN-Provider und der Grund, warum Mobilestar letztlich aufgeben musste ist, dass jeder Access-Point seine eigene teure T1-Verbindung (52 Mbit/s) ins Internet benötigt. In einem 4G-System werden diese Festverbindungen durch feste oder mobile drahtlose Verbindungen ersetzt, die das gleiche lizenzfreie Spektrum benutzen wie die drahtlosen LANs. Lösungen dafür sind die bereits dargestellten MESH-Networks. Aber es gibt natürlich noch andere Alternativen.

Das Europäische Institut für Telekommunikations-Standards ETSI arbeitet an einem System, welches die Notwendigkeit für diese Drähte ebenfalls eliminiert und das Ganze wirklich drahtlos macht. Unter dem Namen BRAN (Broadband Radio Access Network) wird eine Punkt-zu-Punkt-Version des HiperLAN spezifiziert, die HiperAccess genannt wird und eine völlig neue Technologie namens HiperLink. HiperLink soll die Verkabelung im Gebäude durch feste Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bei 17 GHz ersetzen, mit der man dann die Access Points untereinander verbinden kann.

Die Situation wird komplexer, wenn das drahtlose LAN mobil wird. Viele 4G-Visionäre sehen voraus, dass LANs in Zügen, Bussen und LKWs genauso installiert werden wie in Gebäuden – oder sie bilden sich sogar spontan, wenn sich Leute treffen, die auf einer Frequenz Daten austauschen wollen. In einem solchen Fall benötigt man neue Routing-Verfahren, die auf neuen Architekturen basieren.

IP-Verkehr in heutigen mobilen Netzen basiert auf Tunneling: alle Pakete werden über das heimische Netz des Benutzers geschickt, welches es dann über das Internet dahin weiterleitet, wo der Benutzer grade ist. Das führt aber zu extra Routing Hops, erhöht die Latenz und verschwendet Bandbreite. In 4G-Systemen wird der IP-Verkehr so sein wie das Roaming in zellularen Netzen. Ein Reisender aus Berlin, der einen lokalen Anruf von seinem Mobiltelefon in Mallorca macht („wir treffen uns in fünf Minuten am Ballermann“), mag zwar die Rechnung für zwei internationale Ferngespräche bekommen, der Verkehr selbst bleibt aber auf der Insel.

Mobiler IP Access

Ein mobiler IP-Zugriff im Stile eines 4G-Netzes sieht so aus, dass es in jedem Mobilgerät eine permanente „Home“-IP-Adresse gibt und darüber hinaus eine „c/o“-IP-Adresse, die die aktuelle Lokation repräsentiert. Möchte ein Rechner irgendwo im Internet mit dem Mobilgerät kommunizieren, sendet er zunächst ein Paket an die Heim-IP-Adresse. Ein Verzeichnisserver forwardet dieses Paket dann an die c/o-Adresse über einen Tunnel, wie in einem regulären mobilen IP-Netz. Aber der Verzeichnisserver informiert auch den Computer, der die Verbindung haben wollte und gibt ihm die c/o-Adresse, so dass dieser die nächsten Pakete direkt an die richtige Adresse schicken kann. Das sollte TCP-Sessions und HTTP-Downloads dazu bringen, auch mit Benutzern zu funktionieren, die sich zwischen verschiedenen Netztypen bewegen.

Wegen der vielen Adressen und den vielen Subnetting-Schichten benötigt man IPv6 für diese Art von Mobilität. IPv6 erschien ja lange so visionär wie die Hologramme, die man demnächst auf den Mobiltelefonen zu sehen bekommt, aber die Carrier sind der Überzeugung, dass es ohne IPv6 nicht geht. Mobile Benutzer benötigen IPv6 und wenn es so ist wie bei den herkömmlichen Telefonen werden irgendwann die mobilen Benutzer in der Überzahl sein, es gibt ja auch heute schon mehr Handys als Festnetzanschlüsse, Der immobile Rest vom Internet muss dann irgendwann aus Kompatibilitätsgründen auf/umrüsten.

Sehr wahrscheinlich ist, dass die Telko-Provider zwei Entwicklungen zusammenführen, wo sie in die eine einerseits sehr viel Geld gesteckt haben und wo die andere andererseits eine hohe Marktduchdringung erreicht hat: UMTS und WLAN. UMTS könnte dabei helfen, Versorgungslücken zu schließen. Die WLANs sind heute noch sehr umgebungszentriert und könnten bei einer Vereinigung mit UMTS eine wesentlich höhere Flächendeckung erzielen Außerdem gibt es für die UMTS-Netze schon eine Infrastruktur z.B. hinsichtlich der Bereitstellung von Diensten und der Abrechnung.

weiter mit: IEEE 802.20

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