M2M Kommunikation in zellularen Mobilfunknetzen

Transkript

1 M2M Kommunikation in zellularen Mobilfunknetzen Jens Mückenheim 16. ITG-Fachtagung Mobilkommunikation, Osnabrück /05/11 Seite 1

2 Agenda Motivation M2M über Mobilfunk Einfluss der Mobilfunkumgebung Zellatmung Signalisierungslast Möglichkeiten zur Untersuchung von M2M-Anwendungen Simulation Testlabor Testnetz Zusammenfassung/ Ausblick 19/05/11 Seite 2

3 M2M Anwendungen im Mobilfunk Vielfältige Möglichkeiten von M2M-Kommunikation Versorgungstechnik: Smart Metering/ Smart Grid Mobilität: Elektromobilität, Car2X Medizin: Telemedizin, Ambient Assisted Living (AAL) Logistik: Warenverfolgung, Warenhaltung, Verkaufsautomaten Zellularer Mobilfunk In Europa nahezu flächendeckende Versorgung Kostengünstige Anbindung schwer erreichbarer Standorte M2M im Mobilfunk Derzeit schon vielfältige Mobilfunk Nutzung für M2M- Anwendungen Wegen geringem Datenvolumen hauptsächlich über GSM/ GPRS Probleme z. B. bei IP-Adressenverwaltung 19/05/11 Seite 3

4 Zellatmung (I) Speziell im CDMA ist die Interferenz stark verkehrsabhängig Veränderung der Zellgrenzen bei wechselndem Verkehr Zeitweise Auftreten von Zellwechseln selbst bei stationären Mobilstationen Bei starkem Verkehr in mehreren Nachbarzellen temporärer Ausfall der Verbindungsmöglichkeit a) Zellgrenze MS Zelle 1 Zelle 2 Verkehr (Zelle 1) < Verkehr (Zelle 2) b) Zellgrenze MS Zelle 1 Zelle 2 Verkehr (Zelle 1) > Verkehr (Zelle 2) 19/05/11 Seite 4

5 Zellatmung (II) a) geringe Last b) mittlere Last c) hohe Last Beispiel: verkehrsabhängige Zellabdeckung in einem CDMA Netz 19/05/11 Seite 5

6 M2M-Signalisierungslast (I) Wegen ihres geringen Volumens wird ein Großteil der M2M- Meldungen über den RACH versendet RACH Preamble #1 Preamble #N Message AICH/FACH Acquisition Indicator Message Acknowledgement Im Fall von Kollisionen durch Mehrfachzugriff erfolgt nach einer gewissen Zeitdauer eine Neuaussendung der Meldung Entstehung einer verkehrsabhängigen Verzögerung 19/05/11 Seite 6

7 M2M-Signalisierungslast (II) Durch M2M-Verkehr kann es zu einem signifikanten Anstieg der Signalisierungslast kommen Erhöhung der Verzögerungszeit Spezielle Maßnahmen erforderlich, um Einfluss auf anderen Verkehr zu begrenzen Im 3GPP UMTS Release 8 Verbesserung des Zugriffs mit ERACH CDF packet delay AT 1 minute, AT 2 minutes, AT 3 minutes seconds Einfluss des Zugriffsintervalls einer Smart Metering Anwendung auf die Paketverzögerung [TR 37868, v0.7.0] 19/05/11 Seite 7

8 Untersuchung mit Simulationswerkzeugen Simulationswerkzeuge erlauben Untersuchungen ohne realen Netzaufbau Design und Optimierung von Algorithmen (RRM) Erproben von Parametereinstellungen Untersuchung der Netzperformance (Durchsatz, Kapazität) Einfluss auf ausgewählte Applikationen (FTP/ HTTP, VoIP) 19/05/11 Seite 8

9 Testen in Laborumgebung Testlabore ermöglichen den umfangreichen Test der M2M Anwendung auf der Zielhardware Simulation verschiedener Mobilfunkumgebungen (Fading, Interferenz) Durchführung von automatischen Testreihen Verifikation der implementierten Änderungen 19/05/11 Seite 9

10 Erprobung im UMTS Testnetz Im Testnetz können realitätsnahe Szenarien untersucht werden Nachbildung der Umgebung des späteren Einsatzortes Demonstrationsobjekt für potentielle Kunden UMTS Testnetz der Firma Nash Technologies in Nürnberg 19/05/11 Seite 10

11 Zusammenfassung (I) M2M-Anwendungen im zellularen Mobilfunk erreichen eine immer größere Verbreitung Vielfältige Anwendungen, welche eine automatische Kommunikation beinhalten Mobilfunk ermöglicht kostengünstige Anbindung schwer erreichbarer Standorte Im Mobilfunk existieren spezielle Einflüsse, welche selbst bei stationären M2M-Anwendungen zu beachten sind Zellatmung verursacht Wechsel zwischen benachbarten Zellen Kommunikationsversuche von vielen M2M-Terminals kann zu zeitweiser Signalisierungsüberlast führen M2M-Anwendungen müssen mit diesen Umgebungseinflüssen umgehen können 19/05/11 Seite 11

12 Zusammenfassung (II)/ Ausblick Möglichkeiten zur Untersuchung von M2M-Anwendungen in der Mobilfunkumgebung Simulation mit speziellen Simulationswerkzeugen Test in Laborumgebung Untersuchungen im Testnetz Weiterführende Arbeiten Untersuchung von Einflüssen der Mobilfunkumgebung auf M2M-Anwendungen Entwicklung robuster M2M-Anwendungen Aktuelle Untersuchungen zu dieser Problematik 3GPP: Behandlung der Signalisierungslast EU Projekt Exalted: Untersuchung von Architekturkonzepten, welche besonders für M2M-Verkehr geeignet sind (LTE) ETSI: Spezifikation einer M2M Service Plattform 19/05/11 Seite 12

13 Vielen Dank! Prof. Dr.-Ing. Jens Mückenheim Hochschule Merseburg Fachbereich Informatik und Kommunikationssysteme Geusaer Straße 88 D Merseburg Tel: Fax: Internet: Karl-Heinz Gabler Technical Manager Nash Technologies GmbH Thurn-und-Taxis-Str. 10 D Nürnberg Tel: +49 (0) 911 / Fax: +49 (0) 911 / karl-heinz.gabler@nashtech.com Internet: 19/05/11 Seite 13