UNIVERSITÄT LEIPZIG Scriptum zur Lehrveranstaltung Mobilkommunikation Systeme und Anwendungen der Mobilkommunikation Studiengang Praktische Informatik (Bachelor) Berufsakademie Gera Umfang: 2 SWS 15 Wochen Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Irmscher Universität Leipzig Institut für Informatik Lehrstuhl Rechnernetze und Verteilte Systeme (em.) Dresden, den 16. Oktober 2016 Scriptum Mobilkommunikation Inhaltsverzeichnis 1 Kommunikationstechnologien (Dienste, Entwicklung)...................................................... 4 1.1 Telematik und Teledienste ......................................................................................... 4 1.2 Kommunikationstechnik (Entwicklungen) ................................................................ 5 1.3 Informationsgesellschaft ............................................................................................ 7 2 Mobile Computing (Ubiquitous Computing) ..................................................................... 8 2.1 Informationsversorgung, Mobilität und Innovationen ............................................... 8 2.2 Ubiquitous Computing ............................................................................................. 14 2.2.1 Technologien im Ubiquitous Computing ........................................................... 14 2.2.2 Visionen des Ubiquitous Computing.................................................................. 16 2.2.3 Anwendungen und aktuelle Entwicklungen....................................................... 18 2.3 Portable Endgeräte................................................................................................... 21 2.3.1 Anforderungen und Charakteristika ................................................................... 21 2.3.2 Tragbare Computer............................................................................................. 21 2.3.3 Moderne Bedienoberflächen.............................................................................. 26 2.3.4 Neue Handheld-Generationen............................................................................ 28 2.3.5 Technische Realisierungen (Auswahl)............................................................... 35 2.4 Neue mobile Dienste (Auswahl).............................................................................. 37 2.5 Drahtlose Kommunikationssysteme......................................................................... 40 2.5.1 Merkmale der drahtlosen Kommunikation......................................................... 40 2.5.2 Technische Aspekte der drahtlosen Kommunikation......................................... 43 2.5.3 Wireless LAN (WLAN) ..................................................................................... 45 2.5.4 Drahtlose Nahverbindungen (Auswahl)............................................................. 47 2.5.5 Gegenwärtige und zukünftige Mobilfunknetze .................................................. 48 3 Mobile Verteilte Systeme (Nomadic Computing)............................................................ 52 3.1 Mobilität und Ressourcen......................................................................................... 52 3.1.1 Integration von Mobilität und Ressourcen ......................................................... 52 3.1.2 Ressourcenverwaltung........................................................................................ 53 3.2 Mobilität im Internet ................................................................................................ 55 3.2.1 Internet-Protokolle für den mobilen Einsatz ...................................................... 55 3.2.2 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)................................................. 55 3.2.3 Mobile Internet Protocol (mobile IP) ................................................................. 56 3.2.4 Cellular IP........................................................................................................... 59 3.3 Dienstevermittlung in mobilen Umgebungen .......................................................... 61 3.3.1 Diensteverwaltung in drahtlosen Netzen............................................................ 61 3.3.2 Dienstsuche in WPAN (IAS, SDP) .................................................................... 61 3.3.3 Dienstsuche in größeren drahtlosen Netzen (SLP, Jini)..................................... 62 3.3.4 Weitere Systeme zur Dienstvermittlung............................................................. 64 3.4 Mobile Ad-hoc-Netze (MANET)............................................................................. 65 4 Mobilfunknetze 2G (GSM, GPRS, EDGE u.a.) ............................................................... 66 4.1 GSM - Global System for Mobile Communications................................................ 66 4.1.1 Überblick: Empfehlungen, Aufbau und Komponenten...................................... 66 4.1.2 Daten- und Anwendungsdienste im GSM.......................................................... 67 4.1.3 Architektur des GSM-Systems ........................................................................... 70 4.1.4 Funkschnittstelle am Bezugspunkt Um ............................................................... 73 4.1.5 Standardisierte Dienste in GSM Mobilfunknetzen............................................. 74 4.1.6 Neuere Sprachdienste (ASCI) und Datendienste (HSCSD)............................... 75 4.1.7 General Packet Radio Service (GPRS)............................................................... 77 4.2 Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) ................................................. 80 5 Mobilfunknetze 3G (UMTS, IMT-2000) ......................................................................... 82 5.1 Ursprung UMTS und Einordnung in IMT-2000...................................................... 82 2 Scriptum Mobilkommunikation 5.1.1 Standards IMT-2000 und UMTS........................................................................ 82 5.1.2 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).................................. 82 5.2 Grundlagen UMTS (3GPP)...................................................................................... 84 5.2.1 Basiskonzepte UMTS......................................................................................... 84 5.2.2 Architektur und Schichtenstruktur UMTS ......................................................... 85 5.2.3 UMTS-Kernnetz................................................................................................. 87 5.2.4 UMTS-Zugangsnetz (UTRAN).......................................................................... 87 5.2.5 UMTS-Endgeräte ............................................................................................... 88 5.3 Implementation UMTS............................................................................................ 89 5.3.1 UMTS in Deutschland........................................................................................ 89 5.3.2 Implementationen (Lizenz, Einsatz)................................................................... 91 6 Mobilfunknetze 4G (LTE – Long Term Evolution)......................................................... 92 6.1 LTE (Release 8, MFN 3.9G).................................................................................... 92 6.1.1 Entwicklung des neuen Standards...................................................................... 92 6.1.2 Erweiterung, Funkfrequenzen, Endgeräte .......................................................... 93 6.2 LTE Advanced (Release 10, MFN 4G).................................................................... 94 6.2.1 Erweiterung LTE zu 4G-NW ............................................................................. 94 6.2.2 Merkmale und Techniken von LTE Advanced .................................................. 96 7 Wireless Personal Area Networks (WPAN)..................................................................... 98 7.1 Nahbereichskommunikation..................................................................................... 98 7.2 Infrarot-Netze (IrDA)............................................................................................... 98 7.3 Bluetooth ................................................................................................................ 101 7.3.1 Nahbereichs-Funktechnologie für portable Geräte .......................................... 101 7.3.2 Architektur von Bluetooth................................................................................ 103 7.4 Weitere Entwicklungen der drahtlosen Geräteanbindung...................................... 105 7.4.1 Drahtlose Identifikationstechniken (RFID, NFC) ............................................ 105 7.4.2 Weitere Entwicklungen.................................................................................... 106 7.4.3 UWB (Ultra Wideband) und W-USB (Wireless USB) .................................... 108 7.4.4 WLAN und FritzBox-WLAN........................................................................... 109 8 Plattformen für Wireless Applications ........................................................................... 110 8.1 Drahtloser Datenaustausch in mobilen Umgebungen (OBEX, SyncML, Versit).. 110 9 Satellitennetze................................................................................................................. 115 9.1 Satellitenkommunikation ......................................................................................