Übertragungstechnik auf physikalischer Ebene

Erst die Entwicklung von WDM konnte Kapazität der Glasfasern entscheidend erhöhen:

WDM nutzt das 3. Wellenlängenfenster. Auf Basis der Grundfrequenz von 1550 nm werden parallel unterschiedliche Wellenlängen aufmoduliert bzw. über einen Glasfaserkanal übertra-gen. Die optische Mehrkanaligkeit wird durch einen minimalen Sicherheitsabstand erreicht.

WDM-Verfahren bereits seit einigen Jahren bekannt, praktische Umsetzung außerhalb der Labore scheiterte jedoch an der notwendigen Lasertechnologie. Dabei wichtige Aufgabe: Fin-den von Lasern, die über ein iFin-dentisches Frequenzspektrum verfügen. Grundvoraussetzung:

genaue Lichtfrequenz, um Laserlicht mit verschiedenen Farben über ein und dieselbe Glasfa-ser zu übertragen. Inzwischen gibt es genauere Fertigungsprozesse für LaGlasfa-ser in Massenpro-duktionen, die den strengen WDM-Kriterien entsprechen.

früher: nur 4 parallele Lichtfrequenzen genutzt.

1999/2000: bereits 20 gleichzeitige Datenströme übertragbar.

ab 2001: Massenprodukte, die ca. 1000 Wellenlängen unterstützen.

WDM stellt allerdings spezifische Anforderungen an das Glasfaserkabel. Die für WDM-Technik optimalen Glasfasern werden als “Non-zero dispersion shifted fibers” bezeichnet. Bei diesen Fasern wird der nichtlineare Übertragungseffekt bei der Ausbreitung unterschiedlicher Frequenzen über das Medium unterdrückt und für gleichmäßiges Ausreiten der unterschiedli-chen Wellenlängen gesorgt. Dadurch sind aber nicht alle älteren Glasfaserkabel für die WDM-Technik nutzbar und sind ggf. auszuwechseln. Spleißungen bzw. Steckersystem sind auf diesen Wellenlängenbereich auszulegen.

Durch die Trennung der einzelnen Kanäle lassen sich über die physikalische Ebene von WDM-Netzen parallel sowohl Zellen und Pakete als auch reine Circuit-Switching-Lösungen realisieren. Die z.Zt. erhältlichenWDM-Systeme erreichen Bandbreiten bis zu 400 Gbit/s (in Forschungslabors mehrere Tbit/s). Auch über längere Strecken lassen sich die hohen Band-breiten mit Hilfe von Faserverstärkern (EDFAs, Erbium-Doped-Fiber-Amplifiers) übertragen.

In diesen Komponenten werden gleichzeitig alle auf einer Glasfaser transportierten Kanäle verstärkt.

Optical Internetworking

Die WDM-Technologie wird als Übertragungsmechanismus in reinen Pkt.-zu-Pkt.-Ver-bindungen genutzt. An den Endpunkten werden die Lichtsignale wieder in elektrische Impul-se gewandelt und in den angeschlosImpul-senen Switches weiter vermittelt.

Abbildung 20.23: Optical Internetworking

Abbildung 20.24: Optical-Internetworking-Overlay-Modell Gegenüber Nutzer: IP-Dienste angeboten

Verschiedene Träger:

pures WDM, WDM - ATM, WDM - SONET/SDH, WDM - SONET/SDH - ATM 20.3.4 Schnelle Koppelkomponenten

Optische Koppelkomponenten

Die in Glasfasernetzen der 90er Jahre eingesetzte opto-elektrische Komponenten sind für WDM-Technik viel zu langsam und aufgrund ihrer komplexen Elektronik zu teuer. Nur durch neue Generationen von Signalverstärkern, Multiplexern und Switches wird die extrem hohe Bandbreite beherrschbar. Verzicht auf die langsame Vermittlungselektronik und Entwicklung rein optisch arbeitender Koppelkomponenten mündete in

* optischen Add/Drop - Multiplexer (OADM) und

* optischen Crossconnects (OXC).

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Erlaubt zusammen mit Photonic Swit-ching Übertragungsleistungen im Bereich von Terabit/s.

Optical Add-Drop-Multiplexer (OADM)

Die einfachste Ausführung von OADM’s erlauben das Herausfinden bzw. das Einspeisen von bestimmten Wellenlängen aus dem Multiplexsignal. Wesentlich flexibler arbeiten verstellbare oder konfigurierbare OADM’s, bei denen sich die Wellenlängenkanäle frei auswählen lassen.

Optical Crossconnect (OXC)

Aufgabe des OXC: jeweilige WDM-Kanäle sind flexibel zwischen den unterschiedlichen Ein- und Ausgängen zu vermitteln. Gleiche Wellenlänge von verschiedenen Eingängen kann zum selben Ausgang geroutet werden kann ~> ergibt zwangsläufig einen Wellenlängenkonflikt.

Daher muss ein OXC über einen Wellenlängenkonverter verfügen, um eine Eingangswellen-länge auf eine andere AusgangswellenEingangswellen-länge umsetzen zu können.

Abbildung 20.25: DWDM - Add-Drop Multiplexing Management

Jede der übertragenen Wellenlängen stellt ein separates Netzwerk bzw. eine separate Daten-verbindung dar. Durch die hohe Bandweite muss im Netzsystem für eine integrierte Fehlerto-leranz gesorgt werden. Im Falle eines Faserbruchs müssen sämtliche Datenverbindungen auf einen Schlag neu durchs Netz geroutet werden ~> hohe Anforderungen an das Gesamt-Management. Durch einen optischen Bypass mit Hilfe eines OADMs werden einzelne Wel-lenlängenkanäle bzw. ganze Fasern dynamisch umgeleitet.

20.3.5 Photonic Switching und FTTx WSPS: Wavelength-Selective-Photonic-Switch

In einem WAN- oder MAN-Ring laufen mehrere Glasfaserstränge in einem oder mehreren Übergabepunkten zusammen. Ein WDM-Switch muss in den Übergabepunkten die Signale von allen Wellenlängen der Input-Ports auf jede beliebige Wellenlänge auf den Output-Ports switchen können. Durchsatzraten der bisherigen handelsüblichen Switche: 40 bis 100 Gbit/s.

Höhere Übertragungsraten werden durch die Chiptechnik, deren enge physikalische Grenzen und durch die Bus-Technik limitiert.

Je kleiner die Schaltstrukturen desto höher die elektromechanische Beeinflussung einzelner Leiterbahnen. Daher stoßen die herkömmlichen Techniken an ihre Grenzen der Datenkom-munikation. WDM-Technologie erfordert jedoch eine bedeutende Steigerung der Übertra-gungsraten in den Switching-Komponenten. Photonische Switches basieren auf einer Kombi-nation aus optischen Add/Drop- und Crossconnect-Architekturen. Die daraus resultierenden WSPS (Wavelength-Selective-Photonic-Switches) basieren im Kern auf der Elektrohologra-phie. Diese Technologie vermittelt die Daten innerhalb eines Kristalls durch gezielte Steue-rung der integrierten Hologramme. Somit finden die Switch-Prozesse nur noch innerhalb der optischen Schicht statt und erlauben es, jede Wellenlänge individuell zu steuern.

Abbildung 20.26: WSPS: Wavelength-Selective-Photonic-Switch-Architektur Einsatzbereiche

Glasfasertechnologie breitet sich aus in den Bereichen Business-to-Business (B2B), Rechen-zentrumsvernetzung (Grid-Computing, Virtuelle Realität), Campusvernetzung, Small-Offices / Home-Offices.

FTTx

In USA werden inzwischen sog. Fibre-To-The-x-Konzepte realisiert: Auf Basis der WDM-Technik werden gleichzeitig Sprach-, Video- und Datensignale (Ethernet mit 100 Mbit/s) ü-bertragen. Damit wird der Internet-Zugang zwischen Endkunden und Internet-Backbone um ein Vielfaches schneller als jemals mit xDSL möglich sein wird. Auch unterliegt die Glasfaser nicht den Beschränkungen in der maximalen Leitungslänge wie ADSL.

20.3.6 Weitere Entwicklungen Ausblick in die Zukunft

Photonische Netze bieten für die Zukunft nahezu unbegrenzte Bandbreiten. Zurückdrängung ATM (bislang hatte ATM-Technologie mit garantierten Bandbreiten gewisse Vorteile). Falls jedoch genügende Übertragungsressourcen zur Verfügung stehen, so reichen die einfachen Mechanismen des FIFO im Ethernet völlig aus, um eine Übermittlungsgarantie auf einer En-de-zu-Ende-Basis zu geben (Overprovisioning-Strategie).

Mit Einführung der Photonic-Technologie läßt sich die Bandbreitenmisere bis weit hinein in das 3. Jahrtausend hinein effizient und wirkungsvoll beheben. Bisher WDM-Technologie nur im WAN- und in den High-Speed-Übertragungsstrecken (z.B. Internet 2) eingesetzt. Reser-vierungsstrategien für gehobene Dienste: IPv6, RSVP, IntServ, DiffServ. Ethernet-Entwicklung (10-Gigabit-Ethernet) zeigt aber, dass diese Architektur auch die Backbones in den Unternehmen erreichen wird (HS-LAN, Projekt Alabama/RNVS u.a.).

High-Speed-Internet

Router-Spezialist Cisco baut nun auch Terabit-Router. Das “12 000-Terabit-System” erlaubt Skalierung bis zu 5 Terabit/s. Hauptbestandteil der neuen Architektur:

Hochgeschwindigkeits-Router 12016 GSR Kosten: ca. 65 000 US-$

Switching-Kapazität: 320 Gbit/s

Konkurrenten des Internet-Primus Cisco auf dem Gebiet des Terabit-Switching:

Nortel, Lucent sowie die Start-ups (wie Juniper, Pluris, Monterey, Avici).

21 Zugangsnetze (Access Networks)

21.1 Breitbandige Zugangsnetze (Letzte Meile)

21.1.1 Breitbandiger Netzzugang für den Endnutzer Zugangsnetze (Access Networks) im Überblick

Breitbandiger Zugang zu Hochgeschwindigkeits-Backbones bildet den Schlüssel für die Nut-zung eines breitgefächerten Dienstespektrums. Kernnetze des digitalisierten Fernsprechnetzes und Internet werden immer leistungsfähiger. Dagegen unterliegt der Netzzugang technischen und kostenmäßigen Einschränkungen. Bisherige Netzzugangsdienste wie

* analoger Anschluss (POTS: Plain Old Telephone Service),

* Schmalband-ISDN (ISDN: Integrated Services Digital Network),

* 2G-Mobilfunknetze,

bieten zwar viele neue Leistungsmerkmale, unterstützen aber nicht oder nur sehr eingschränkt einen schnellen Datenverkehr, z. B. für Web-Anwendungen oder Multimedia / Videodienste.

Überbrückung der „letzten Meile“ durch verschiedene Netzzugangstechnologien, u.a.

* Digitaler Teilnehmeranschluss (xDSL),

* Breitband-Kabelanschluss (HFC),

* Lokale Rechnernetze (LAN, WLAN, MAN),

* Mobilfunknetze (GSM, GPRS, UMTS),

* Wireless Local Loop (WLL),

* Satellitenkommunikation (GEOS, LEOS),

* Optische Anschlussnetze (passiv: PON, aktiv: AON),

* Stromnetz-Zugang (PLC).

Entwicklung der Dienste und Netzzugangsinfrastrukturen

Bisherige Kommunikationsnetze konzipiert für heute dominierende Dienste bzw. Anwendun-gen: Fernsprechnetz, Datennetze, Rundfunk- oder Fernseh-Verteilnetze. Sie sind optimiert für die jeweiligen vorherrschenden Merkmale und Dienstgüte-Anforderungen und deshalb für andere Dienste nicht oder nur eingeschränkt geeignet.

Digitalisierung der Informationsdarstellung und -übermittlung sowie flexible rechner-basierte Steuerung bilden Voraussetzungen für die Abwicklung vieler oder aller Dienste in einem Netz („Diensteintegration”). Beispiele: ISDN (Diensteintegrierendes Digitalnetz), UMTS, Internet (zwar für mehrere Dienstarten konzipiert, aber für Integration aller Dienste noch vollkommen unzureichend). Entwicklungen der letzten Jahre in folgende Richtungen:

* Vielfalt unterschiedlicher Dienste und unterschiedlicher Netzinfrastrukturen, speziell im Netzzugangsbereich;

* Einheitliche Netztechnologie in der Mitte zwischen den oberen, anwendungs-orientierten Schichten und den unteren, netzzugangsorientierten Schichten.

Gegenwärtig koexistieren im mittleren Bereich zwei Netztechnologien:

* ISDN-Technologie, basierend auf durchschaltevermittelten Kanälen und Außerband-Signalisierung (DSS, CCIS);

* Internet-Technologie, basierend auf verbindungsloser Paketvermittlung (IP).

Mittel- bzw. langfristig zeichnet sich Tendenz zu einer einheitlichen Netztechnologie ab, wel-che auf dem Internet-Protokollstapel IP / TCP / UDP beruht und den dominierenden Einfluss der neuen, Internet-basierten Dienste reflektiert („all IP“).

21.1.2 Neue Dienste und Anforderungen an den Netzzugang Dienste: Entwicklung und Integration

Einführung breitbandiger Netz(zugangs)technologien und flexibler Kommunikationsmecha-nismen (Intelligentes Netz IN, Internet) führt zur Explosion im Dienste- und

Anwendungsbe-reich (sog. “Dienstelandschaft”), unterteilt nach unterschiedlichen Grundbedürfnissen (jedoch vielfach mehreren Kategorien zuordenbar): Kommunikation, Information, Datenverarbeitung, Dienstleistung, Unterhaltung.

Dienste der Dienstelandschaft können den bestehenden Netztechnologien und ihren Eigen-schaften hinsichtlich unterschiedlicher Charakteristiken zugeordnet werden, Transfermodus, Vermittlungsprinzipien, Dienstgüteeigenschaften.

Integration aller Dienste mit einer einzigen Netztechnologie scheitert z.Zt. an der Inflexibilität dieser Netztechnologien im Hinblick auf Protokollvielfalt, Dienstgüte oder Skalierbarkeit und bleibt zukünftigen Entwicklungen vorbehalten.

Abbildung 21.1: Dienstelandschaft

Dienste des analogen Teilnehmeranschlusses (POTS)

Großteil der Telekommunikations-Endgeräte nutzt immer noch den analogen Teilnehmeran-schluss (TNA) mit dem beschränkten Frequenzband für (analoge) Teleonie und Modem-basierte niederratige Datenkommunikation. Dienstklasse “Plain Old Telephone Service”

(POTS) erlaubt neben den fernsprech-und faximiletypischen Diensten wie Telefonie, Telefax u.a. auch die Einwahl in das Internet und damit Dienste wie Home Banking, Teleshopping, Web-Browsing oder einfache Formen des Home Working.

Dienste des digitalen Teilnehmeranschlusses (Schmalband-ISDN)

Bereitstellung einer durchschaltevermittelten B-Kanal-Verbindung mit fester Bitrate (64 kbit/s): Basisanschluss S0: 2 * 64 kbit/s ; Primärmultiplexanschluss S2M: 1.92 Mbit/s. Zusätz-lich kann nichtgenutzte Kapazität des D-Kanals (Signalisierung, 16 kbit/s bzw.64 kbit/s) für eine schmalbandige Datenkommunikation genutzt werden.

Merkmale:

* Höhere Qualität (Bitrate, Übertragung) als POTS,

* Vielfalt neuer Leistungsmerkmale (Facilities, Service Attributes) und Dienste, wie - Konferenzgespräche, Rufweiterleitung, Anklopfen,

- Dienste des Intelligenten Netzes IN, wie gebührenfreies Telefonieren (800er Dienste), Credit Card Dienste,

- Benutzergruppen oder virtuelles Privatnetz (VPN).

Dienste des Mobilfunkanschlusses

Alle diese Dienste (POTS, ISDN) sind auch über den Mobilfunk-Netzzugang nutzbar.

Gravierendste Unterschiede:

- beschränkte Bandbreite des Mobilfunkkanals (ca. 13 kbit/s Bruttorate bei MFN 2G),

- eingeschränkte Wiedergabe von Text- und Graphikinformationen.

Mobilfunknetze 2. Generation (MFN 2G):

* Europa: GSM (D-Netze), DCS1800 (E-Netze); Japan: PDC;

USA: USDC (IS-54), IS-95-CDMA.

* Wichtigster Dienst: Telefonie (ca. 9.6 kbit/s Nutzdatenrate), durchschaltevermittelt (ka-nalvermittelt).

* Zusätzlich: Kurznachrichtendienst SMS (Short Message Service).

* MFN-2G-Technik nicht für neue, Internet-basierte Dienste geeignet, auch nicht kapazi-tätsmäßig erweiterbar.

* Speziell für Web-Browsing wurde Internet-Zugangs-Protokolle entwickelt, wie Wire-less Application Protocol (WAP, WAP-Forum) bzw. i-MODE (DoCoMo).

Mobilfunknetze der 2,5-ten Generation (MFN 2.5G):

* GPRS (General Packet Radio Service) -> Weiterentwicklung des schmalbandigen Mo-bilkommunikationsnetzes, basierend auf GSM-Netz und Kanalbündelung HSCSD.

* Paketfunkübertragungsdienst, ca. 80 kbit/s; ermöglicht Großteil der UMTS-Dienste.

* EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution (E-GPRS: 384 kbit/s, E-CSD:

32 kbit/s).

Mobilfunknetze der 3. Generation (MFN 3G):

* Breitbandiger zellulärer Mobilfunk-Zugang.

* Erweiterung der 2G- (GSM, IS-95) und 2.5G- (GPRS) Mobilfunktechnik im outdoor-Bereich zu 3G-MFN als UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) bzw.

FPLMTS bzw. IMT-2000 (International Mobile Telecommunications at 2000 MHz).

* Integration der koexistent operierenden verschiedenen Funktechnologien in den Berei-chen des Zellularfunks, Bündelfunks, Satellitenfunks, schnurlose Telefonie (DECT), Raumnetze (Infrarot, Bluetooth, Zigbee).

* Standardisierung i.w. abgeschlossen, Einsatz ab ca. 2003.

Local Based Services

* Neue Klasse von Diensten in Mobilkommunikationsnetzen, die orts- und kontextabhän-gig sind: location/context aware communication services.

* Nutzung von Positionierungssystemen, wie

GPS (General Positioning System, Satellitenfunk, USA, Militär / Traffic / Business), Galileo (europäisches Projekt, 30 Satelliten, Positionierung durch zeitversetzte

Funk-signale), CPS (Cambridge Positioning System, Funkpeilung, terrestrisch), MFN (Funk-zellen, Smart Antennas), IR- / Funk-Baken (z.B. Active Badge, RFID) u.a.

* Beispiele: - Navigationsunterstützung im Verkehr,

- Informationsdienste in unmittelbarer Umgebung,

- Zusatzdienste in Abhängigkeit des momentanen Applikationsszenarios.

Mobilfunknetze der 4. Generation

* Breitbandkommunikation, W-ATM (Nutzung ATM-Technik (AAL-2)).

* Frequenzbereich 40 - 60 GHz, ca. 100 Mbit/s.

* UPT: Universal Personal Telecommunications.

Dienste des Breitband-ISDN

Breitband-ISDN (B-ISDN) ursprünglich geplant als logische Weiterentwicklung des Schmal-band-ISDN (S-ISDN, ISDN) auf Basis ATM (Asynchroner Transfermodus). ATM stellt eine verbindungsorientierte schnelle Zellenvermittlung dar (Cell Relay). Neben größerer Bandbreite (Bitrate) kann die ATM-Technologie Dienstgütekriterien erfüllen, z.B.

beschränkte Zellverluste und Zellverzögerungszeiten. Wegen der komplexen Kommunikationstechnik bezüglich Web-Anwendungen oder Multicast wird ATM im Moment hauptsächlich als Transporttechnik eingesetzt, u.a. als Trägerdienst für Internet-Anwendungen (IP-Dienst). Beispiele: B-WiN, W-ATM.

Weitere Einsatzgebiete für ATM-Technik:

* für Dienste, die eine hohe Bandbreite und garantierte Dienstgüte benötigen (z.B.Punkt-zu-Punkt Videokommunikation),

* Echtzeitkommunikation,

* Festnetzverbindung für UMTS-MFN (im Rahmen der IWF), W-ATM (AAL-2).

Es wird erwartet, dass diese Anwendungen im Next Generation Internet aufgehen.

Dienste des Internet

Traditionelle Anwendung des Internet sind nicht-echtzeitartige Datenkommunikationsdienste, z.B. Electronic Mail (Email) oder File Transfer (FTP). Seit Einführung des World Wide Web (WWW) erfährt das Internet eine explosionsartige Ausweitung und öffnet die Tür für viele neue Web-basierte Dienste bis hin zu Telelearning, Multimedia und Portalen. Gegenwärtig weist das Internet noch erhebliche Defizite auf, die das Internet als Basistechnologie aller Dienste verbietet: fehlende Dienstgüte für insbes. Echtzeitdienste (Sprache, Audio, Video, Multimedia), beschränkte Adressierungsräume (IPv4) und Sicherheitslücken.

Diese Themen sind Gegenstand der Entwicklungen, die zu einem “Next Generation Internet”

(NGI) führen, u.a. IPv6, Ressource Reservation, MPLS, SLA u.a. Insbesondere wird die Kombination von Internet-basierten Diensten mit Mobilkommunikation neue Anwendungs-felder erschließen.

21.1.3 Netzzugangslösungen

Für den breitbandigen Netzzugang zeichnen sich verschiedene koexistente Lösungen ab.

Digitaler Teilnehmeranschluss (xDSL)

xDSL-Technik (DSL: Digital Subscriper Lines) beruht auf dem Einsatz bestehender Kupfer-Doppeladern (Twisted Pair), die im Endbereich (“the last mile”) hochrasig betrieben werden.

Nutzung der Frequenzen > 4 kHz (oberhalb Sprachbereich). Bei der klassischen Schmalband-ISDN-Technik werden dabei im Basisanschluss S0 2 * 64 kbit/s Nutzkanäle bidirektional be-reitgestellt, mit einer Reichweite von ca. 7 km.

Bei den breitbandigen xDSL-Techniken ist die Reichweite erheblich kürzer, wobei einbreite-res Spektrum genutzt wird bei simultaner Aufrechterhaltung des Analog-Anschlusses (POTS) oder ISDN-Anschlusses (durch Einsatz von sog. DSL-Filtern). I.w. sind 4 Varianten der xDSL-Techniken in Diskussion: ADSL, (SDSL,) HDSL und VDSL, die sich in Bitraten und Reichweiten unterscheiden. Voraussetzung für die xDSL-Techniken: breitbandige Übertra-gungstechnik bis in Teilnehmernähe über LWL (bei ADSL und SDSL: Kupferkabel).

Kabelanschluss (HFC)

Für die analoge TV-Versorgung wurden Koaxial-Verteilnetze eingeführt (HFC: Hybrid Fibre Coax). Diese baumförmig aufgebauten Netze können durch Umrüstung (Überbrückung der-Verstärker) bidirektional betrieben werden. Voraussetzung für die HFC-Technik ist die Ver-bindung der Kabel-Einspeispunkte (Hub) über LWL-Systeme. Die Telekommunikations (TK)- und die Breitbandverteilkommunikations (BK)- Dienste werden über Filtereinrichtun-gen getrennt. GeFiltereinrichtun-genwärtig wird das in Deutschland installierte Breitbandverteilkommunikati-onsnetz der Deutschen Telekom AG an verschiedene Betreibergesellschaften veräußert. Nach einer Umrüstphase steht die HFC-Technik als konkurrierende Zugangsnetztechnik zur Verfü-gung. Neben Rundfunk-/TV-Signalen (z.B. für HDTV) können auch Datensignale mittels ETTH (Ethernet-to-the-Home) parallel übertragen werden.

Lokale Netze (LAN, WLAN)

Mit der MAN-Technik, die aufgrund der überörtlichen Ausdehnung einem öffentlichen Netz-betreiber vorbehalten bleibt, können Firmennetze (LANs) untereinander bzw. mit den vermit-telnden Netzknoten verbunden werden. Falls die LANs hochrassig genug sind (z.B. FDDI:

Fibre Distributed Data Interface; Fast Ethernet oder Gigabit-Ethernet), können auch die bisher getrennt geführten Echtzeit-TK-Dienste wie Sprache oder zukünftig Multimedia über Shared Media Systeme (LAN/MAN) abgewickelt werden. Voraussetzung ist die paketierte

Übermitt-lung auf der Basis des H.323-Standards der ITU. Die Anpassungs- und Verbindungs-Managementfunktionen werden in Gateways (GW) bzw. Gatekeepers (GK) wahrgenommen.

Lokale Funknetze (Wireless Local Area Radio Networks)

Aussichtsreiche breitbandige Netzinfrastruktur im lokalen Bereich (LAN, MAN) auf Basis der neuen Wireless LAN-Technologie (WLAN). Standardisierung abgeschlossen, Produkte verfügbar und einsatzfähig:

- WLAN auf Basis der Standards IEEE 802.11 bzw. ETSI HIPERLAN, - WLAN auf Basis hochrasiger Kernnetz: W-ATM,

- WLAN auf Basis eines Industriestandards: HomeRF.

Erfolg des Internets und Anforderung nach Entwicklung und Einführung von Systemen für den breitbandigen funkgestützten Zugang zum Internet im Nahbereich (ca. 100 m) führten zu zwei wichtigen neuen Systemen (standardisiert und eingeführt):

* IEEE 802.11a bzw. b: drahtloses Ethernet mit hoher Übertragungsrate (11 / 54 Mbit/s) und

* HIPERLAN/1 bzw. /2 als drahtlose LANs (Local Area Network).

Weitere Funknetze IEEE 802.11x in Entwicklung und Einführung (2 / 11 / 54 / 108 Mbit/s).

Auch für HIPERLAN/2 wird großes Potenzial für Verbreitung erwartet, da Funktionen vor-handen sind, die die Dienstgüte bestimmter Multimedia-Anwendungen unterstützen.

Lokale Nahbereichs-Funknetze

Einsatz der WLAN als Infrastruktur-Netze oder Ad-hoc-Netze. Infrastruktur-Netze unterstüt-zen insbesondere Anwendungen, die auf tragbaren PCs genutzt werden bis hin zu sich auto-matisch konfigurierenden Raumnetzen bzw. körpernahen Netzen (Wireless Personal Area Networks, WPAN).

Raumnetze verkörpern die lokale Nahbereichskommunikation. Hauptvertreter:

Basis Infrarot: IR-Netze (IrDA),

Basis Funkwellen: Bluetooth-Netze, Zignee, NanoNet, UWB (Ultra Wideband).

Weitere Nahbereichskommunikation durch Identifikationstechniken (Funk): RFID, NFC und Sensornetze.

Schnurlose Telefonie

In Ländern der 3. Welt wird mit Nachdruck daran gearbeitet, digitales Fernsprechen und schmalbandige Datenübertragung in der Fläche verfügbar zu machen. Mangels verdrahteter Infrastruktur wird auf Schnurlossysteme wie DECT zurückgegriffen ~> auch zum Aufbau von Hot-spots geeignet.

Schnurlose Telefonie (Cordless Telephony) nicht nur für Sprachübertragung geeignet, son-dern auch für Datenübertragung im lokalen Bereich. Massenmarkt.

Bekannte Schnurlos-Standards:

- DECT-standard (Digital Enhanced Cordless Telephony, ETSI),

- PHS-Standard (Personal Handyphone System, Japan), u.a. auch für Portal i-MODE als Pendant zum GSM/WAP,

- IS.134-Standard (USA, Nutzung im PCS 1900: Personal Communication System).

Mobilkommunikation (GSM, GPRS, UMTS) Zellen-Prinzip

- Leitungsvermittlung (Kanalvermittlung vs. Paketvermittlung), - Raum-Multiplexing ~> Wiederverwendbarkeit der Funkfrequenzen, - Home & Visitor Location Register (Mobilitätsverwaltung),

- Wichtigster Dienst: Sprachübertragung (Telefonie).

Dienste

- Handover: automatisches Weiterreichen der Netzverbindung bei Zellenwechsel,

- Roaming: Auffinden der Teilnehmer,

- Mobilitätsverwaltung: DB-Funktionalität, Interworking-Funktionen.

Ausgangspunkt: Analoge Zellularfunknetze. Bekannte Analognetze - AMPS: Advanced Mobile Phone System (USA, Kanada), - NMT: Nordic Mobile Telephone (Skandinavien),

- JPS: Japanese Personal System (Fernost),

- Öffentlicher beweglicher Landfunk (öbl) in Deutschland: A-, B-, C-Netze.

Gegenwärtige Technik der zelluläre Mobilkommunikation auf Basis GSM bzw. IS-95 stellt einen schmalbandigen, durchschaltevermittelten Kanal zur Verfügung (Leitungs- bzw. Kanal-vermittlung): digitale MFN. Zusätzlich ist Short Message Service (SMS) möglich. MFN-2G-Technik ist für neue, Internet-basierte Dienste wenig geeignet und erlaubt auch keine starke kapazitätsmäßige Ausweitung.

Flexibelste Technik eines Breitband-Netzzuganges wird die 3. Generation von zellulären Mo-bilfunknetzen bereitstellen. Im outdoor-Bereich wird bisher eingeführte Mobilkommunikati-onstechnik der 2. Generation (GSM, IS-95) bzw. 2.5 Generation (GPRS) erweitert zur breit-bandigen, sog. 3. Generation: UMTS: Universal Mobile Telecommunications System bzw.

IMT-2000: International Mobile Telecommunications at 2000 MHz.

Standardisierung von UMTS inzwischen weitgehend abgeschlossen und Produktentwicklung begonnen; Einsatz ab ca. 2004 (u.a. Berlin, Hannover, Rosenheim/D2).

Digitale Zellularfunknetze

Entwicklung europäischer Standards für digitale Übertragungssysteme --> seit 1990 Mobilfunk zum Massenmarkt,

--> portable Mobilfunkgeräte (Handy): i.w. leistungsstarker Signalprozessor (DSP).

Auf DSP sind alle für Senden und Empfangen erforderlichen Algorithmen der Übertragungs-technik und elektrischen Signalverarbeitung implementiert. Technische Fortschritte in Signal-Modulation, Synchronisation, Kanalcodierung, Kanalentzerrung (d.h. Empfängertechnik für zuverlässigen Empfang über Funkkanal auch bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit). Ent-wicklung von Diensten und Protokollen, Multiplexfunktionen, intelligenten Netzen.

Mobilfunknetz als Zellularsystem nach ETSI-Standard, sog. 2. Generation MFN:

GSM (Global System for Mobile Communications), DCS (Digital Cellular System) Sprachkommunikation, mobiler Internet-Zugang, Multimedia-Kommunikation.

Mobilfunknetze der 3. Generation (ab 2003/04):

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) / ETSI bzw. FPLMTS / ITU.

Daneben: Funkruf, Bündelfunk, DECT, WLAN, Breitbandfunk, Satellitenfunk.

Große Akzeptanz des GSM --> planungsgemäß weiterentwickelt. Nach Einführung des Dienstes für hochratige kanalvermittelte Datenübertragung HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) --> Bereitstellung des Paketdatenfunkdienstes GPRS (General Packet Radio Service), in DE ab 2. Hälfte 2000. Bedeutung für mobilen Internet-Zugang hoch eingeschätzt („allways online“). Fähigkeit des GSM zur Datenübertragung für Multimedia-Anwendungen durch die Standardisierung der EDGE-Funkschnittstelle (Enhanced Data Service for GSM Evolution) soweit gesteigert, dass erfolgreicher Wettbewerb in Europa mit Mobilfunksyste-men der 3. Generation erwartet werden kann.

Von Mobilfunksystemen der 3. Generation vor allem UMTS in Europa von Bedeutung, da Regulierungsbehörden erhebliche neue Bänder im Spektrum vorgesehen haben. Standardisie-rung von UMTS, Phase 1 in Abstimmung mit den weltweiten Projekten zur StandardisieStandardisie-rung von Mobilfunksystemen der 3. Generation (3GPP) im Spätherbst 1999 abgeschlossen. Erwei-terung in Phase 2 (TDMA und CDMA).

Merkmale UMTS:

- breitere Frequenzbänder bei 1,9 ... 2,2 GHz,

- kleinere Funkzellen,

- Datenraten bis zu 2 Mbit/s (Regelleistung: 384 kbit/s), mit HSDPA (High Speed Data Pa-ckage Access) 1,8 Mbit/s (2006) ... 7,2 Mbit/s.

- Bereitstellung durchschaltevermittelter (CS: Circuit Switched) Dienste und paketvermittel-ter (PS: Packet Switched) Dienste,

- Nutzung von Wideband CDMA (CDMA: Code Division Multiple Access) bei 5 MHz, - Makrodiversität, d.h. gleichzeitiges Unterhalten mehrerer Funkverbindungen des

Mobil-terminals (MT) mit mehreren Basisstationen (BTS: Base Transceiver Station) zur Auswahl der momentan besten Verbindung oder zur Kombination der Signale aus mehreren Funk-verbindungen,

- Handover, d.h. Weiterreichung der Verbindung eines beweglichen Mobilteilnehmers bei Wechsel in eine andere Funkzelle.

Optische Anschlussnetze (PON, AON)

Beim optischen Netzzugang kann der LWL geführt werden bis in

* das Gebäude (FTTB: Fibre-to-the-Building),

* den Haushalt (FTTH: Fibre-to-the-Home)

* oder in die Nähe zu einem Endverzweigungspunkt (FTTC: Fibre-to-the-Curb).

Bei passiven optischen Netzen (PON: Passive Optical Networks) wird über mehrfache Split-ter ein baumförmiges Gebilde im Netzzugangsbereich geschaffen, wobei die LWL bidirektio-nal betrieben werden.

Für die vermittelten Dienste wurden auf Basis von ATM spezifische Zugangsprotokolle ent-wickelt, welche eine burstartige Übermittlung von Zellen kollisionsfrei zwischen Teilnehmer-Endeinrichtungen (TE) und Vermittlungsstelle erlauben. Die angewandten Protokolle arbeiten ähnlich denen für High-Speed LANs mit Kapazitäts-Anforderungen und -Zuteilungen.

Für die vermittelten Dienste wurden auf Basis von ATM spezifische Zugangsprotokolle ent-wickelt, welche eine burstartige Übermittlung von Zellen kollisionsfrei zwischen Teilnehmer-Endeinrichtungen (TE) und Vermittlungsstelle erlauben. Die angewandten Protokolle arbeiten ähnlich denen für High-Speed LANs mit Kapazitäts-Anforderungen und -Zuteilungen.

Im Dokument Rechnernetze (Architektur, Schichten, Protokolle, Internet und WWW, ausgewählte Netze und Dienste) (Seite 36-0)