Adatátviteli rendszerek Mobil távközlő hálózatok rendszertechnikája

Az előadások a következő témára: "Adatátviteli rendszerek Mobil távközlő hálózatok rendszertechnikája"— Előadás másolata:

1 Adatátviteli rendszerek Mobil távközlő hálózatok rendszertechnikája
Dr. habil Wührl Tibor Óbudai Egyetem, KVK Híradástechnika Intézet

2 Mobil hálózatok fejlődés története (csak digitális, fontosabb mérföldkövek)
EU – GSM (Group Spécial Mobile) -> Global System for Mobile; 1980-as évek közepe. ETSI – TDMA alapú hozzáférés (USA CDMA); 2G (+SMS bővítés; adatátvitel CSD 9600bps); 2,5G GPRS majd EDGE (2,75G); 1990-es évek második fele. UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) 3GPP (1998-tól 3rd Generation Partnership Project) 3G - WCDMA (Wideband Code Division Multliple Access)

3 Mobil hálózatok fejlődés története (csak digitális, fontosabb mérföldkövek)
LTE – Long Term Evolution (3G -> 4G) Rel8 (2008 dec.) FDD - TDD Rel9 (2009 dec.) Rel10 (2011 vége) Carrier aggregation; Enhanced downlink MIMO; Uplink MIMO. Rel11 (2013) Enhanced carrier aggregation. IoT hatása -> Narrow Band IoT.

4 Mitől lesz 5G? 4G hálózat jó alapokat ad a továbbfejlesztéshez (LTE elvek – Multivivős, aggregált adatforgalmak); Hálózathoz „megváltozott szokású” eszközök kapcsolódnak, vagy szeretnének kapcsolódni; Transfer delay, jitter, csomagméret; Átviteli sebesség „éhség” megmaradt, sőt fokozódik (multimédiás tartalmak, HD 4k…).

5 Mitől lesz 5G? 5G elvárások „igényspecifikáció”
Alacsony késleltetési idő (transfer delay), maximum néhány ms ! Alacsony késleltetési idő ingadozás. Magas adatátviteli sebességek; „IoT” típusú eszközök hatékony kiszolgálása. Késleltetéssel kapcsolatos elvárások csak akkor valósulhatnak meg, ha a hálózati órajel szinkron nagyon precíz. Hozzáférési hálózat (RAN) kutatások szükségesek.

6 Általános mobil hálózati struktúra
Core network BSS (Base Station System) MS – Mobile Station ME – Mobile Equipment UE – User Equipment

7 GSM - 2G Base Station Subsystem Base Transceiver Station
Base Station Controller Mobile Switching Centre Network Switching Subsystem Visitor Location Register Home Location Register Gateway-MSC AuC- Autebtication Centre EIR – Equipment Identity Reg. Operation and Support Subsystem

8 GSM protokoll architektúra
Connection Management Mobility Radio Resource LAPD Link Access Protocol For the D channel BTSM – BTS Management BSSAP – BSS Application Part

9 GSM protokoll architektúra – Layer3
CM – Connection Management Hívás control (CC - Call Control); Supplementary Services; SMS. MM – Mobility Management Regisztráció; Autentikáció; Identifikáció; Location Update Provision (IMSI csaere TIMSI-re, ami a Location Area-ban azonosít). RR – Radio Resource Üzenetek igazítása a csatornákhoz; Control és Traffic csatornák felépítése, fenntartása.

10 GSM protokoll architektúra – Layer2
LAPDm – LAPD „mobile like” Framing; Addressing; Error correction. Az ISDN-ből átvett LAPD, azzal a különbséggel, hogy itt nincs az üzenetek előtt és mögött flag.

11 GSM protokoll architektúra – Layer1
Um Chipering (titkosítás); TA – Timing Advance; Tx power szabályozás; Csatorna kódolás; Moduláció –demoduláció (logikai CH-k leképezése a fizikai CH-ba).

12 GSM protokoll architektúra – Layer1
Timing Advance A Base Station és az MS közti rádiós jel terjedési idő távolság függő. TDMA miatt az egyes MS-ek osztoznak az IR-ek között (GSM-nél 8 IR áll rendelkezésre egy vivőn). Az egyes MS-ek más-más távolságban lehetnek a ugyanazon BS-től és esetleg szomszédos IR-ek jutnak nekik. Időrések közti áthallás veszély!

13 GSM – TDM hozzáférés (Um)

14 GSM – TDM hozzáférés (Um)
TA – Timing Advance 3GPP a TS05.10 és TS ban írja le a TA procedúrát. (ETSI TS és TS ) A TA változó értéke a BS-ben határozódik meg. A TA 6 bites bináris szám (0…63 között vehet fel decimálisan értéket). 550m távolságonként ugrik 1-et a TA értéke, így a max távolság (BS-MS) 35km. Enhanced range feature kb 110km-ig kiterjesztést jelent. (óceáni szigetek miatt) {Egy adott cellán belül található mobil pontosabb helymeghatározására van lehetőség a TA segítségével.}

15 GSM – TDM hozzáférés (Um)
TA – Timing Advance Az MS a BTS-től fogadja a TA aktuális értékét a SACCH csatornában (Slow Associated Control Channel). Minden negyedik 26 keretből álló MultiFrame-ben 1db SACCH van (480ms időközt jelent, mert 26 keretes MF ideje 120ms) Csoporthívás esetén a TA érték kizárólag az Upplink irányt használó terminálnak szól!

16 GSM – TDM hozzáférés (Um)
DL-SACCH TX power level; TA paraméter. UL-SACCH Received Signal Strength; TCH quality; Handover döntés (szomszédos cellák jelerőssége alapján).

17 GSM – TDM hozzáférés (Um)
SDCCH – Standalone Dedicated Control Channel A GSM-BTS jelzésüzenetek tobábbítására szolgál, az MS által küldött RACH (Random Access Channel a call setup time alatt) a BTS AGCH (Access Grant Channel) válaszával épül fel. Az SDCCH rövid életű „short lived”.

18 témaváltás

19 Órajel szinkron PCM (PDH) rendszereknél az órajel szinkron (bitszinkron) alap az E1 interfész (2 Mbit/s). Eltérő órajelű primer PCM csatornák multiplexálása bit beszúrással történik.

20 Órajel szinkron SDH rendszereknél a payload méret lehetőség nagyobb, mint az átvinni kívánt payload méret, így az „belelötyög” az SDH konténerbe. A tényleges helyet a pointer mutatja.

21 Órajel szinkron Csomagkapcsolt rendszereknél más a helyzet, mert teljes keret tárolódik a kapcsolókban, ez viszont nagy késleltetést (transfer delay-t) jelent.

22 IEEE1588v2 PTP PTP (Precision Time Protocol) első kiadás: 2002 revízió: Master-Slave architektúra Root Timing Reference = „Grandmaster”

23 IEEE1588v2 PTP Működés alapgondolata: A szinkronizáló üzenetekben található időbélyegek (Time stamp) alapján az egyes eszközben eltöltött idő korrigálható. A szinkronizáláshoz a UNIX idő használt (1970 január 1. éjféltől számított). TAI (International Atomic Time); UTC (Coordinated Universal Time)

24 IEEE1588v2 PTP protokoll elemei
Sync, Follow-up, Delay-Req, Delay-Resp üzenetekkel történik a szinkronizálás. Pdealy-Req, Pdelay-Resp, Pdelay-Resp-Follow-Up a transzparens óra használja a kommunikációs médiumok késleltetésének lemérésében. Announce üzenetek Órajel hierarchia felépítés és a „grandmaster” kiválasztás. Management üzenetek – monitorozás és konfig. Signaling üzenetek – nem időkritikus kommunikciók.

25 IEEE1588 üzenetek átvitele
„V1” üzenetek (2002-es verzió) – multicast; „V2” üzenetek (2008-as verzió) – unicast port by port. A PTP üzenetek UDP szegmensben, IP csomagban utaznak. V1 esetén IPv4, V2 esetén IPv6 is definiált.

26 IEEE1588 üzenetek átvitele
IPv4 IPv6 MAC Minden üzenet kivéve a „peer delay” típusú: FF0X::18 01-1B „peer delay” üzenetek: FF02::6B 01-80-C E UDP port címek: 319 és 320; Ether Type: 0x88F7

27 IEEE1588 BMC (Best Master Clock)
BMC alapfogalmak Prioritás: Statikusan tervezett, előzetesen definiált (alacsonyabb prioritás számérték magasabb prioritást jelent); Class: Minden óra tagja egy adott osztálynak a saját prioritásával; Accuracy (pontosság): A clock és az UTC közötti eltérés; Variance: órajel ingadozás;

28 IEEE1588 BMC (Best Master Clock)
BMC alapfogalmak Prioritás2: véglegesen definiált prioritás; Unique ID (egyedi azonosító): Azonosítás a MAC cím alapján történik. Minden más tulajdonság egyezés esetén „holtversenyben” (tiebreaker) a MAC cím a döntő!

29 IEEE1588 BMC (Best Master Clock)
A „clock properties” az IEEE nél a „SYNC” üzenettel hirdetődik; Az IEEE nál „ANNOUNCE” üzenettel. Miután az aktuális MASTER felismeri a nála jobb minőségű óra jelenlétét megállítja a SYNC/ANNOUNCE üzenetek küldését, a tulajdonságainak továbbítását.

30 IEEE1588 szinkronizáció A BMC algoritmussal kiválasztásra került az IEEE1588 domain-ben a „master source”. Egy adott eszköz ofsetje: (saját maga és a mastere közti különbség) o(t)=s(t)-m(t) „adott időpillanatokban meghatározott idők időfüggvényei” o(t) tehát időben változó!

31 IEEE1588 szinkronizáció Master periódikusan hirdeti az aktuális időt: IEEE esetén másodpercenként; IEEE esetén max 10X másodpercenként.

32 IEEE1588 szinkronizáció A SYNC-et követően a MASTER opcionálisan küld egy FOLLOW_UP –ot (multicast), melyben benne van a „t1” időbélyeg. A DELAY_RESP-ben a „t4”. Átviteli idő (transit time): Indirekt módon a round-trip időből. Delay=(t2-t1)+(t4-t3)/2 Offset=t2-t1-Delay A SLAVE-nek az „Offset”-tel kell az Óráját kiigazítani.

33 IEEE1588 szinkronizáció Feltételezés:
Az üzenetváltás ideje olyan kicsi, hogy ez alatt nincs lényegi órajel vándorlás; Mindkét átviteli idő egymással megegyező; Master és slave eszköz is pontos időbélyeget képes generálni.

34 IEEE1588 szinkronizáció

35 Köszönöm a figyelmet!