Mobilfunknetz

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Mobilfunkmast

Der Begriff Mobilfunknetz bezeichnet die technische Infrastruktur, auf der die Übertragung von Signalen für den Mobilfunk stattfindet. Das Mobilfunknetz umfasst im Wesentlichen das Mobilvermittlungsnetz, in dem die Übertragung und Vermittlung der Signale zwischen den ortsfesten Einrichtungen und Plattformen des Mobilfunknetzes stattfinden, sowie das Zugangsnetz, in dem die Übertragung der Signale zwischen einer Mobilfunkantenne und dem Mobiltelefon (umgangssprachlich Handy) stattfindet; das Zugangsnetz wird auch als Luftschnittstelle bezeichnet.

Verbreitung von Mobilfunknetzen[Bearbeiten]

In Deutschland werden zurzeit vier Mobilfunknetze betrieben. Die ältesten noch betriebenen Netze sind das D-Netz und das E-Netz, die 1991 bzw. 1993 in Deutschland eingeführt wurden und auf dem GSM-Standard basieren. Zu dieser Zeit war die Sprachübertragung die häufigste Form. Mitte der 90er gewann jedoch die Datenübertragung an Bedeutung und erforderte eine Modernisierung von GSM. Zu diesem Zweck wurde der GPRS-Standard entwickelt und eingeführt. Dabei wird das Mobilvermittlungsnetz um die Fähigkeit zur paketorientierten Datenübertragung erweitert, das Funknetz jedoch nicht verändert. Die Einführung datenoptimierter 3G-Netze schließlich zielt auf Erhöhung der Datenübertragungsraten und beseitigt außerdem Kapazitätsprobleme bei der Sprachübertragung. Erweiterte Funktionalitäten, etwa im Bereich Multimedia, folgen mit dem Ausbau der 3G-Netze. Der wichtigste 3G-Standard ist das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). Durch die Markteinführung von „Smartphones“, die verstärkt Datenanwendungen unterstützen, stiegen die Kapazitätsanforderungen der Netze weiter, was zur Entwicklung des Long-Term-Evolution-Standards (LTE) führte. LTE nutzt ausschließlich Datenübertragung und unterscheidet sich insofern von den älteren Netzen, die auch Leitungsvermittlung einsetzen.

In der Schweiz werden Mobilfunknetze seit 1993 betrieben.

→ siehe Hauptartikel: Geschichte der Mobilfunknetze in der Schweiz

Aufbau[Bearbeiten]

Mobilfunknetze unterteilen sich wie das Festnetz in ein Kern- und mehrere Zugangsnetze. Die Funktion des Kernnetzes besteht in der Verbindung der einzelnen Zugangsnetze, die den Endanwendern den Zugriff auf das Netz ermöglichen. Die Unterscheidung zwischen Mobilfunk- und Festnetz besteht hauptsächlich im Zugangsnetz, das in Mobilfunknetzen drahtlose Kommunikationsverbindungen aufbaut und so die Mobilität der Teilnehmer gewährleistet. Die Zugangsnetze sind in der Regel Funknetze und werden oft mit ihrem englischen Begriff, Radio Access Network (RAN), bezeichnet. Je nach Standard existieren auch weitere Komponenten und Subnetze, die die Funktion der Dienste gewährleisten soll.

Global System for Mobile Communications (GSM)[Bearbeiten]

→ siehe Hauptartikel: Netzarchitektur von GSM

Die aus dem Festnetz übernommene Trennung ist im GSM-System am stärksten ausgeprägt. Das Basestation Subsystem (BSS), das aus den Basisstationen besteht, liefert sämtliche Funktionen, die für die Verbindung zwischen Netzwerk und mobilen Teilnehmern notwendig sind und entspricht so dem klassischen Zugangsnetz. Das Network Subsystem (NSS) koordiniert dann die einzelnen BSS. Es enthält alle Komponenten zur Vermittlung von Telefongesprächen und entspricht daher dem Kernnetz. Die dritte Komponente der Architektur ist das Intelligent Network Subsystem (IN), das Datenbanken enthält, die zusätzliche Dienste bereitstellen. Dazu gehört zum Beispiel die Verwaltung von Prepaid-Diensten[1].

General Packet Radio Service (GPRS)[Bearbeiten]

Prinzipielle Struktur eines Mobilfunknetzes nach GSM-Standard

→ siehe Hauptartikel: Netzarchitektur von GPRS

GPRS erweitert GSM um die Fähigkeit der Datenübertragung. Beide Systeme nutzen die gleichen Basisstationen, so dass im Zugangsnetz mit Ausnahme eines Softwareupdates keine Änderungen vorgenommen wurden. Das Kernnetz wurde allerdings um die Fähigkeit zum Aufbau paketvermitteltender Kommunikationsverbindungen erweitert. Diese ermöglicht flexible Bandbreiten und verbessert so die Effizienz der Übertragungskapazität der Kanäle[2]. Zu diesem Zweck wurden dem Netz die Packet Control Unit (PCU) zur Reservierung der Timeslots in den Basisstationen, der Serving GPRS Support Node (SGSN) zum routen der Datenpakete zwischen den einzelnen Funknetzen und der Gateway GPRS Support Node (GGSN) zur Anbindung des Mobilfunknetzes an das Internet hinzugefügt[3].

Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)[Bearbeiten]

→ siehe Hauptartikel: Netzarchitektur von UMTS

UMTS stellt die Weiterentwicklung der GSM/GPRS-Architektur dar und wurde von Beginn an auch für Datenübertragung konzipiert. Zu Beginn wurde das Kernnetz kaum verändert und nur mittels Softwareupdate angepasst. Der Aufbau des Zugangsnetzes ist jedoch eine Neuentwicklung und wird UMTS Terrestrial Radio Acces Network (UTRAN) genannt.

UTRAN verwendet im Gegensatz zu GSM/GPRS kein Multiplexverfahren zur Datenübertragung, sondern ordnet die Signale über individuelle Codes den Teilnehmern zu[4]. Später wurden auch im Kernnetz neue Architekturen wie das Bearer Independent Core Network (BICN) entwickelt und umgesetzt, das die bis dahin getrennte Übermittlung von Sprach- und Datenverbindungen in ein gemeinsames IP-basiertes Übertragungsverfahren zusammen führte.

Long Term Evolution (LTE)[Bearbeiten]

LTE Evolved Packet System (EPS)
SGW: Serving Gateway
PGW: PDN (Packet Data Network) Gateway
HSS: Home Subscriber Server
ANDSF: Access Network Discovery and Selection Function
ePDG: Evolved Packet Data Gateway
UE: User Equipment
eNodeB: evolved Node B

→ siehe Hauptartikel: Netzarchitektur von LTE

Bei LTE wurden die klassischen Verfahren der Signalübertragung komplett durch Paketvermittlung und Datenübertragung ersetzt. Eine davon getrennte Sprachübertragung existiert nicht mehr. Gleichzeitig ist die hierarchische Struktur abgeflacht worden. Durch Verbindungs- und Kernnetz wird nur noch der eigentliche Datenverkehr geleitet, Unterstützungsdienste wie die Mobilitätsverwaltung oder das Paging werden von der Mobility Management Entity übernommen, die sowohl mit dem Verbindungsnetz, das bei LTE evolved UTRAN (eUTRAN) genannt wird, als auch dem Kernnetz kommuniziert[5].


Technische Vorgänge in Mobilfunknetzen[Bearbeiten]

Mobilfunknetze sind den Kommunikationsnetzen zuzuordnen und dienen primär der Nachrichtenübertragung. Durch die Mobilität der Teilnehmer wird die Signalübertragung gegenüber anderen Netzen wie dem Festnetz erschwert. Daher gibt es einige spezifische Vorgänge, die mobile Kommunikation ermöglichen. Hierzu zählen die Übertragung über die Luftschnittstelle, das Mobilitätsmanagement, Paging oder Handover. Je nach Architektur und Technik werden diese Funktionen von anderen Baugruppen bereitgestellt und sind teilweise anders organisiert(→ siehe dazu die Abschnitte zu den Architekturen weiter oben).

Sicherheit[Bearbeiten]

Bei einem Ausfall eines Netzes sind oft zahlreiche Menschen betroffen. Im Folgenden sind einige größere Mobilnetzausfälle in Deutschland aufgelistet:

Datum Betreiber Problem / Anzahl der Betroffenen Ursache
27. Oktober 2000 E-Plus 5,7 Millionen Kunden Fehler in der Signalisierungssoftware der Vermittlungsknoten
27. April 2003 T-Mobile einige Millionen Kunden Stromausfall im Knoten Köln, der Ausfall wird zu spät bemerkt, die Batterien reichen nicht so lange
20. April 2006 O₂ 6 Stunden können Berliner nicht mehr telefonieren Ausfall einer digitalen Vermittlungsstelle
10. April 2008 Vodafone fast 30 Millionen Kunden am Abend Absturz eines Rechners in der Zentrale
18. Mai 2008 Vodafone 2 Tage Internet<->Mobilnet Hardwarefehler nach Wartungsarbeiten
21. April 2009 T-Mobile 3 Stunden bundesweiter Ausfall des Netzes für 40 Millionen Kunden Softwarefehler im HLR
6. September 2012 Telekom Deutschland Fast alle Nutzer der web'n'walk HandyFlat und web'n'walk Handy DayFlat von Telekom Deutschland konnten über mobiles Internet keine Nachrichten über WhatsApp empfangen und senden Durch Softwareupdate versehentlich veränderte Parameter

Pläne zur Abschaltung des Mobilfunks[Bearbeiten]

Die Polizei soll in Sachsen-Anhalt von jedem Diensteanbieter verlangen können, die Kommunikationsverbindungen zu verhindern, falls dies zur Abwehr einer gegenwärtigen Gefahr für den Bestand oder die Sicherheit des Bundes oder eines Landes oder für Leib, Leben oder Freiheit einer Person erforderlich ist.[6]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. M.Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme – UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN, 4. Auflage (2011), S.16, ISBN 978-3-8348-1407-4
  2. M.Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme – UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN, 4. Auflage (2011), S.94, ISBN 978-3-8348-1407-4
  3. M.Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme – UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN, 4. Auflage (2011), S.117ff., ISBN 978-3-8348-1407-4
  4. M.Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme – UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN, 4. Auflage (2011), S.156ff., ISBN 978-3-8348-1407-4
  5. 3G-Forum von UMTSlink.at: LTE System Architektur - LTE-Tutorial Teil 2, Zugriff: 18. Januar 2012
  6. http://www.mdr.de/nachrichten/polizeigesetz-mobilfunk100_zc-e9a9d57e_zs-6c4417e7.html