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Systemarchitektur der Zukunft

12. Juni 2009, 10:39 Uhr |

E-Mail, Mobile TV, Web 2.0 – immer mehr Daten werden drahtlos übertragen. Long Term Evolution (LTE) soll`s richten. Aber welche Auswirkungen wird die anstehende Einführung des Mobilfunks dermvierten Generation auf die Technik im Core-Netz haben?

Von Klaus Schwaiger

Die Weiterentwicklung des Mobilfunks manifestiert sich vor allem in einer höheren verfügbaren Bandbreite für den User bei gleichzeitig niedrigeren Übertragungskosten pro Bit für den Carrier. Darüber hinaus sollen langfristig sämtliche Mobilfunk-Dienste über ein einziges, konvergentes Netz übertragen werden. Ziel ist es dabei, eine Ende-zu-EndeÜbertragung mittels IP (Internet Protocol) für sämtliche Dienste zu erreichen.

Diese Anforderungen führten dazu, dass mit LTE eine Entwicklung auf der Luftschnittstelle vorangetrieben wurde, die mit deutlichen Veränderungen gegenüber dem Mobilfunk der dritten Generation im Allgemeinen und UMTS im Besonderen aufwartet. Diesen Veränderungen muss das Core-Netz gerecht werden und soll zusätzlich dazu in der Lage sein, bestehende IP-basierte Zugangsnetze wie WLAN oder Wimax zu integrieren.

E-Utran – die neue Luftschnittstelle

Mit LTE beschreibt die 3GPP-Standardisierungsgruppe den Entwicklungsprozess für die Luftschnittstelle (siehe Bild 1). Das Endresultat von LTE ist die „neue“ Luftschnittstelle E-Utran (Evolved-Utran). Die zahlreichen Veränderungen von LTE im Bereich der Luftschnittstelle, zu denen beispielsweise der Einsatz von OFDM oder Mimo gehört, sollen hier nicht im Detail dargestellt werden. Eine essentielle Veränderung gegenüber UMTS, die besonders auf das Core-Netz Bedeutung hat, ist die Einführung einer paketbasierten Luftschnittstelle für sämtliche Dienste. Die Leitungsvermittlung für Sprache fällt mit LTE weg, auch Sprache wird über IP übertragen.

Zudem verzichtet LTE auf das zweistufige Konzept von UMTS mit Node B und RNC im Radionetz und setzt auf einen intelligenten Knotenpunkt, den eNode B (evolved Node B), Systemarchitektur der Zukunft Von Klaus Schwaiger der ebenfalls über IP an das Core-Netz angebunden ist. Durch dieses Konzept wird die Verzögerungszeit reduziert und die Netzstruktur des Radionetzes deutlich flexibler und einfacher. Dies wiederum wird sich positiv auf die Übertragungsqualität von Diensten auswirken.

EPC – das neue Übertragungsnetz

Die Idee ein Netz anstelle von zwei Netzen betreiben und unterhalten zu können, besteht schon seit langem. Mit der Einführung von GPRS (Mobilfunk Release 97) wurde damit begonnen neben dem leitungsvermittelnden Übertragungsnetz zusätzlich ein paketbasiertes Core-Netz einzuführen – dieses jedoch lediglich für Datendienste ohne Anspruch auf Echtzeitfähigkeit. Mit Release 8 und den durch LTE notwendigen Veränderungen am Zugangsnetz bietet sich erstmalig die Möglichkeit vollständig auf ein leitungsvermittelndes Core-Netz zu verzichten und eine vollständig paketbasierte Netzwerk-Architektur in die Tat umzusetzen, die Daten- und Sprachdienste vereint (siehe Bild 2).

Mit SAE (System Architecture Evolution) beschreibt die 3GPP-Standardisierungsgruppe den Entwicklungsprozess für das Core- Netz. Das Endresultat der SAE wird im Allgemeinen als EPC (Evolved Packet Core) bezeichnet. Die Begriffe SAE und EPC haben jedoch eine sehr ähnliche Bedeutung und werden deshalb häufig synonym verwendet. Bei SAE wird das Core-Netz mit möglichst wenigen Elementen auf Basis einer reinen paketbasierten (IP-) Infrastruktur aufgebaut. Dieses Core-Netz (EPC) bietet Schnittstellen zu den verschiedenen Zugangsnetzen (neben LTE) sowie darüber hinaus auch zum IMS – dem Signalisierungsnetz, das sich hinter dem EPC anschließt, um alle bestehenden und zukünftigen Netzarchitekturen zu konvergieren.

Ein Schwerpunkt bei der Standardisierung der vierten Generation des Mobilfunks war, dass auf der Luftschnittstelle neben LTE verschiedenste Techniken wie UMTS, GPRS, GSM aber auch Wimax oder WLAN eingesetzt werden können. Auch Festnetzstrukturen müssen als Zugangsnetze möglich sein. Alle diese Techniken sollen in der Lage sein, auf das neue einheitliche Core-Netz zuzugreifen. Damit kann – völlig unabhängig vom Core-Netz – diejenige Zugangstechnik lokal favorisiert werden, die gerade besonders vorteilhaft erscheint. Zwischen diesen unterschiedlichen Zugangssystemen muss Mobilität, sprich Roaming und Handover, gewährleistet sein. In diesem Zusammenhang kann der Mobilfunkprovider an das Endgerät (UE) eine Liste mit den bevorzugten Zugangstechniken senden. Wenn eine Zugangstechnik mit einer höheren Leistungsfähigkeit als der momentan vom Endgerät benutzten verfügbar sein, so soll es versuchen, diese Zugangstechnik (zum Beispiel WLAN) zu benutzen. Ebenso kann in dieser Liste auch eine Priorisierung für mögliche bevorzugte Netzbetreiber angegeben werden.