ID 5513
Edler, Andreas: Möglichkeiten von Applikationen und Services mit UMTS: Schwerpunkt
Positioning / Andreas Edler - Hamburg: Diplomica GmbH, 2002
Zugl.: St. Pölten, Fachhochschule, Diplomarbeit, 2001
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2002
Printed in Germany
Zusammenfassung
Die dritte Mobilfunkgeneration wurde für die paketorientierte Datenübertragung mit hohem
Datendurchsatz optimiert. Daher ist zu erwarten, dass auch Sprache in naher Zukunft paketweise
übertragen werden wird. Durch die Integration des Internet Protokolls sind, sofern es keine
Einschränkungen aufgrund der Fähigkeiten des Endgeräts gibt, sämtliche im Internet vorhandenen
Ressourcen, Services und Applikationen nutzbar. Zusätzlich ist ein großes Potential für die
Entwicklung neuer Applikationen und Services aufgrund der vorwiegend mobilen Nutzung der
Endgeräte vorhanden. Positioning mit UMTS dient vor allem der Qualitätssteigerung und Bereicherung
vorhandener Applikationen und Services mit zahlreichen Zusatzfunktionen und erleichtert die
Benutzerführung und -eingabe.
Der großen Anzahl von Möglichkeiten für Applikationen und Services, die mit UMTS realisiert werden
können, steht ein großer Unsicherheitsfaktor gegenüber: Zu unterschiedlich sind Studien hinsichtlich
Benutzererwartungen oder Marktchancen einzelner Services. Während Befürworter von UMTS
Netzausstatter, Netzbetreiber, Gerätehersteller tendenziell sehr positive Marktanalysen präsentieren,
mehren sich kritische Stimmen in den Medien, welche vor allem kostengünstigere Alternativen (EDGE,
HSCSD u.a.) den Vorzug geben. Tatsächlich gehen viele Unternehmen wie z.B. die japanische Firma
NTT DoCoMo den sicheren Weg und sind auch an der Entwicklung alternativer Technologien beteiligt.
Aufgrund der zum Teil sehr hohen Lizenzgebühren stellt sich die Frage, inwieweit die Benutzer dafür
durch Mehrkosten einzelner Services aufkommen müssen. Dies stellt wiederum den Erfolg dieser
Applikationen und Services in Frage die Benutzer haben erstens nur begrenzte finanzielle Mittel zur
Verfügung und zweitens nicht immer ausreichend Zeit, sich mit der Funktionsvielfalt ihrer Endgeräte
auseinander zusetzen.
Abstract
The third generation of mobile networks was optimized for packet based data transfer with high data
rates. Therefore it is to be expected that in near future voice transmittance will be done this way too.
Due to the integration of the Internet Protocol, all resources, services and applications available in the
Internet are accessible via UMTS, limited only by the abilities of the terminal equipment. Additionally,
due to the mainly mobile use of the terminal equipment, a huge potential for the development of new
applications and services is existing. Positioning with UMTS particularly serves the increase of quality
and the enrichment of available applications and services with numerous supplementary functions, as
well as simplifying the user interface.
However the great number of possibilities for implementations with UMTS stand in contrast to
significant risk factors: Market and user expectations are very different according to different studies.
While proponents of UMTS - service providers, network providers and equipment manufacturers -
present a tendency towards very positive market analysis there is an increase of critical voices in
media which prefer low-cost alternatives (EDGE, HSCSD ...). In fact many enterprises, as for example
the japanese company NTT DoCoMo, choose the secure way and are additionally involved in the
development of alternative technologies.
The remaining question is if the customers will have to pay the tremendous licence fees for UMTS
through excessively high prices for services. This may be crucial for the commercial success of these
services, since the users have both limited time and financial resources.
Inhaltsangabe
::: 4 : 73 :::
Kapitel 1
Einleitung ...6
Kapitel 2
Informationsübertragung - technischer Background...7
2.1 Funktionsweise allgemein ...7
2.1.1 Netzstruktur... 7
2.2 Übertragungsraten und technische Grenzen ...9
2.2.1
Funktionsweise der Übertragungstechnik ... 9
2.2.2
Abschätzung des aufkommenden Datenvolumens... 10
2.3 IPv6 ... 11
Kapitel 3
Verarbeitung (Applikationen und Services)... 14
3.1 Einleitung... 14
3.2 Einteilung
in Kategorien ... 15
3.3 Beschreibung
möglicher Applikationen... 17
3.3.1 Multimediaapplikationen... 17
3.3.2 Mobile
Commerce ... 19
3.3.3 Unified
Messaging... 20
3.3.4
Voice over IP... 21
3.3.5 Interactive
Broadcasting... 22
3.4 Beschreibung
möglicher Services... 23
3.4.1 Unterhaltung
und
Information... 23
3.4.2 B2C
Services ... 25
3.4.3 (Heim-)Office-Erweiterungen ... 25
3.4.4 Telemedizin... 26
3.4.5 Telematik/Telemetrie... 26
Kapitel 4
Schwerpunkt Positioning ... 28
4.1 Einleitung... 28
4.2 Technischer
Background Funktionsweise ... 29
4.2.1
Positionsbestimmung anhand des Endgeräts... 29
4.2.2 Positionsbestimmung
anhand
der Netzwerk-Fähigkeiten ... 31
4.2.3
Von der Position zur Applikation ... 33
4.3 Einteilung
in Kategorien ... 35
4.4
Beschreibung möglicher Positioning-Applikationen und Services... 35
4.4.1 Information
Services ... 35
4.4.2 Tracing
Services ... 36
4.4.3 Ressource
Management ... 37
4.4.4 Navigation ... 37
4.4.5 Trigger
Services ... 39
4.4.6 Other
Services ... 39
Kapitel 5
Ein-/Ausgabe (Endgeräte Mobile Multimedia Devices) ... 40
5.1 Einleitung... 40
5.2 Eingabemöglichkeiten ... 41
5.3
Ausgabemöglichkeiten / Informationsdarstellung / XHTML ... 42
5.4
Usability mit Vertiefung auf die Bedürfnisse von Positioning-Endgeräten... 44
5.4.1 Display ... 44
5.4.2 Eingabe ... 45
5.4.3
Quality of Service ... 45
5.5
Marktentwicklung - Rückschlüsse auf mögliche Endgeräte... 46
5.5.1 Smartphones... 48
5.5.2 PDA's ... 49
5.5.3
3G Web Tablets ... 49
5.5.4 3G
Laptop ... 49
5.5.5 3G
Multimedia
Device ... 49
Kapitel 6
Zusammenfassende Bewertung aus der Sicht des Autors... 51
Inhaltsangabe
::: 5 : 73 :::
Kapitel 7
Anhang ... 53
7.1 Abbildungen
und
Designstudien ... 53
7.2 Begriffserklärungen ... 62
7.3 Literaturliste... 66
7.3.1 UMTS-Forum
Reports... 66
7.3.2
Bücher, Zeitschriften und Magazine... 67
7.3.3 Pressetext-Meldungen ... 67
7.3.4 PDF-Dokumente ... 71
7.3.5 HTML-Dokumente... 71
7.3.6
Webseiten und Internet-Portale ... 73
7.3.7 Bildschirmpräsentationen... 73
Kapitel 1 Einleitung
::: 6 : 73 :::
Kapitel 1 Einleitung
Problemstellung, Lösungsansatz und Gliederung der Arbeit
UMTS als Nachfolger des jetzigen GSM wurde in den Medien vor allem aufgrund der hohen
Investitionskosten durch Lizenzgebühren und Netzausstattung bekannt. Durch gehäufte kritische
Stimmen stellte sich verstärkt die Frage nach dem Sinn und Nutzen dieser Technologie, die auch die
hohen Investitionskosten rechtfertigen. Oder anders ausgedrückt: ,,Was kann man mit UMTS alles
machen?". Mit der Antwort dieser Frage beschäftigt sich diese Arbeit, die sich in erster Linie auf
Einsatzmöglichkeiten im Bereich Mobilfunk bzw. dem ,,Mobilen Internet" konzentriert, wobei der
Schwerpunkt auf Positioning liegt.
Dabei müssen zuerst die technischen Rahmenbedingungen abgeklärt werden, wobei das
Hauptaugenmerk auf der UTRA-Luftschnittstelle liegt und davon ausgegangen wird, dass das Core-
Netzerk (Backboneleitungen) das aufkommende Datenvolumen bewältigen kann. Da UMTS für eine
Datenübertragungsrate von bis zu 2 Mbit/s ausgerichtet wurde, wird untersucht, unter welchen
Bedingungen 2 Mbit/s tatsächlich möglich sind, beziehungsweise mit welchen alternativen Datenraten
zu rechnen ist. Dies hat unmittelbaren Einfluss auf die Qualität einzelner Services wie zum Beispiel die
Bildauflösung von Videoclips.
Nach den geklärten technischen Rahmenbedingungen kann auf mögliche Services und Applikationen
geschlossen werden, wobei hier der Schwerpunkt Positioning gewählt wurde. Als wichtig wurde
erachtet, eine Aufzählung von Services und Applikationen möglichst zu vermeiden, sondern einen
allgemeinen Überblick so zu vermitteln, dass selbständig weitere Services und Applikationen abgeleitet
werden können.
Des weiteren wird untersucht, welche Hardware-mäßigen Vorraussetzungen mögliche Services
benötigen. Dies betrifft sowohl Eingabe- als auch Ausgabemöglichkeiten. Aufgrund des nur mäßigen
Erfolgs von WAP wurde Usability (mit Gewichtung auf Positioning-Anforderungen) mit einbezogen.
Zusätzlich werden aktuelle technologische Entwicklungen betrachtet, um zu überprüfen, ob einzelne
Services technisch realisierbar sind, und um andererseits auf die Hardware-Fähigkeiten und das
Aussehen zukünftiger UMTS-Geräte schließen zu können
Im Anhang finden sich eine beispielhafte Aufzählung von Services nach Kategorien, Designstudien von
UMTS-Endgeräten , sowie eine Begriffserklärung technischer Begriffe, um einen Überblick über die
UMTS-Thematik zu erleichtern, da in der Arbeit nur auf den für Applikationen und Services
spezifischen Teil eingegangen wurde.
Technische Fachbegriffe aus dem Englischen werden in dieser Arbeit übernommen, sofern sich keine
geeigneten Übersetzungen ins Deutsche anbieten. Des weiteren wird auf die Begriffserklärungen im
Anhang dieser Arbeit, ab Seite 62, hingewiesen.
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 7 : 73 :::
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
2.1 Funktionsweise
allgemein
Das UMTS-Netz wird als Nachfolge-Netz des bisherigen GSM-Netzes gehandelt. Es stellt damit die 3.
Generation dar (3G), und wurde in Zusammenarbeit mit verschiedensten Institutionen und der
Industrie innerhalb des 3GPP (3G Partnership Project) entwickelt bzw. ist in den Details immer noch in
Entwicklung. Ziel des Netzes der 3. Generation ist es, einen höheren Datendurchsatz zu erreichen und
so den sich ständig wandelnden Anforderungen des modernen Lebens gerecht zu werden, indem eine
große Menge an Informationen und Inhalten überall und jederzeit abrufbar sind. Dies wird mit einer
Erweiterung des Frequenzspektrums, einer Erhöhung des Datendurchsatz durch neue Methoden
(FDD, TDD und CDMA), Kanalbündelung, paketorientierter Übertragung, höherer Dichte an
Sendemasten und ähnlichen Innovationen bewirkt
1
. Einen Zwischenschritt zur 3. Generation stellt
GPRS dar, weshalb GPRS-fähige Netze oft als 2.5 G-Netze bzw. 2G+ bezeichnet werden.
Das UMTS-Netz wurde für eine maximle Datenübertragung von 2 MBit/s konzipiert. Das entspricht
etwa der 30- bis 35-fachen ISDN Geschwindigkeit. Allerdings ist diese hohe Übertragungsrate nur in
seltenen Fällen, bei sehr geringer Mobilität und in der Nähe eines speziellen Sendemastens möglich.
Es ist davon auszugehen, dass eine durchschnittliche Übertragung von ca. 384 Kbit/s gängig sein wird
was einer 6-fachen ISDN Geschwindigkeit entspricht und in dem meisten Fällen für Applikationen
und Services genügen sollte. Dieser Wert wird allerdings kleiner, wenn sich der Empfänger bewegt.
Obwohl sich die Funkwellen mit einer Geschwindigkeit von 300 Millionen Meter pro Sekunde
ausbreiten, kann die höchste Transferrate nicht garantiert werden, sobald der Nutzer ein Tempo von
mehr als 36 KM/h erreicht
2
. Das bestehende GSM-System ist hauptsächlich für die Sprachübertragung
in Mobilfunkzellen bei einer maximalen Teilnehmer-Geschwindigkeit von 200 bis 250 km/h ausgelegt
3
.
2.1.1 Netzstruktur
Die Netzstruktur von UMTS ist hierarchisch gegliedert und besteht aus hexagonal unterteilten
Sektoren-Zellen:
1
vgl. 7.2 Begriffserklärungen, ab Seite 62
2
vgl. Demuth & Dietl + Co, Kommunikationselektronik GmbH,
http://www.demuth-dietl.de/service/mobilfunk/umts/?param_content_id=3352
3
vgl. Institut f. Nachrichtentechnik, Universität Karlsruhe,
http://www.funkschau-handel.de/heftarchiv/pdf/1999/fs01+02/f9901078.pdf
, Seite 78
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 8 : 73 :::
Abbildung 1 Hierarchische Zellstruktur des UMTS-Netzwerks
4
Die Radien bzw. die Flächen pro Zelle sind in der folgenden Tabelle beschrieben:
Distance [km]
Cell area [km
2
]
Macro
1
0,288
Micro
0,4
0,138
Pico cell
0,075
0,005
Tabelle 1 Angenommene Zellgrößen und Distanzen zwischen Basisstationen
Pico-Zellen
Sie bieten zwar den höchsten Datendurchsatz mit 2 Mbit/s
5
, besitzen jedoch mit durchschnittlich rund
75 Metern den kleinsten Radius. Sie sollen in Ballungszentren, Firmen, Geschäften oder auch im
Eigenheim bei ausschließlich geringer bis gar keiner Mobilität Verwendung finden.
Micro-Zellen
Micro-Zellen werden in Städten, Vorstädten und Ballungszentren mit mittlerer Mobilität eingesetzt, um
den erwarteten hohen Traffic verarbeiten zu können. Der Datendurchsatz soll bei rund 384 Kbit/s
liegen.
Macro-Zellen
Sie dienen zur Versorgung ländlicher Gebiete bzw. zur Erschließung von Gebieten mit geringer
Bevölkerungsdichte. Durch die geringe Bevölkerungsdichte bzw. der zu erwartenden hohen Mobilität
der Benutzer (Auto, Züge) wird kein hoher Datentransfer erwartet, daher werden Zellen mit
dementsprechenden großen Radien und einer Übertragungskapazität zwischen 144 Kbit/s und 384
Kbit/s als geeignet angesehen.
4
vgl. UMTS Forum Report Nr.11, Figure 16, Seite 33
5
vgl. Tabelle 2 auf Seite 11
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 9 : 73 :::
2.2
Übertragungsraten und technische Grenzen
Man darf sich nicht erwarten, die überall versprochenen 2 Mbit/s an Übertragungskapazität jemals
ausnützen zu können. Vor allem in der Startphase des UMTS-Netzes wird dieses in anfangs
abgespeckter Form ausschließlich den Ballungszentren zur Verfügung stehen, ländliche Räume
werden sich vorerst wohl mit einem optimierten GSM 2.5 Netz zufrieden geben müssen
6
. Selbst in
Ballungszentren wird die Datenübertragungsrate die vorgeschriebenen 144 Kbit/s
7
anfangs wohl eher
selten überschreiten. Die in Zukunft tatsächlich erreichten Übertragungsraten hängen einfach von zu
vielen Faktoren ab, um jetzt schon eine seriöse Aussage treffen zu können. Diesen Unterschied
zwischen Theorie und Praxis sollte man auch während den nachfolgenden Berechnungen stets vor
Augen halten. Trotz des im ersten Augenblick verlockenden Angebots an Bandbreite sollte man sie
vernünftig einsetzen. Voice over IP könnte es erleichtern, die vorhandenen Bandbreiten effektiver zu
nutzen, da Daten- und Sprachpakete auf diese Weise gleichzeitig transportiert werden können.
Allerdings wird die Einführung von VoIP erst für eine spätere Phase des UMTS-Betriebes als für
realistisch eingeschätzt, da diese Technik einerseits noch nicht zur Gänze ausgereift und in der
Anhangsphase des UMTS-Betriebes dafür benötigte qualitativ hochwertige Verbindungen
wahrscheinlich noch nicht gewährleistet werden können
8
.
Ausgegangen wird allgemein von einem Startzeitraum des UMTS-Betriebes Ende 2002 / Anfang
2003
9
. Das entspricht auch dem geplanten Einführungstermin des UMTS-Nachfolger Netzwerks ab
2010, welches Firmen wie NTT DoCoMo zum Teil schon 2007 einführen wollen
10
. Generell rechnet
man damit, dass aufgrund der wesentlich höheren Sendemasten-Anzahl der Aufbau des UMTS-
Netzwerkes etwas langsamer von statten gehen wird als beim GSM Netz. Man rechnet in Österreich
mit einer vernünftigen Flächenabdeckung ab 2007
11
. Auch kann es sein, dass die Netzabdeckung aus
wirtschaftlichen und technischen Gründen nicht den heutigen GSM-Standard erreichen wird.
2.2.1
Funktionsweise der Übertragungstechnik
FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) und CDMA (Code
Division Multiple Access) sind die drei herkömmlichen Zugriffsmethoden:
-
FDMA unterteilt die Frequenz in eine Anzahl Unterfrequenzen. Diese Frequenzbänder können
nur von einem Benutzer benutzt werden. Jeder andere Benutzer muss warten, bis der Kanal
wieder frei ist, bevor er Daten versenden kann
-
TDMA unterteilt nicht die Frequenzen, sondern die Zeit. Jeder Benutzer erhält einen Timeslot,
in welchem er die volle Bandbreite zur Verfügung hat. Dieses System wird bei GSM (2G)
verwendet.
-
Das CDMA-Verfahren unterscheidet sich deutlich von den andern zwei Methoden. Hier wird
jedem Benutzer ein Code zugeteilt. So ist es möglich, mehrere Benutzer zur selben Zeit über
dasselbe Frequenzband kommunizieren zu lassen. Der verwendete Code (pseudo-random
6
vgl. www.one.at/umts/
7
vgl. www.one.at/umts/
8
Expertendiskussion in der KeyNoteArena während der Exponet 2000 am 15. 02.2001 in Wien
9
vgl. Pressetext Deutschland, pte010426039, 26.04.2001
10
vgl. Heise Newsticker vom 04.04.01
http://www.heise.de/newsticker/data/klp-04.04.01-001/
11
vgl. www.handy.at
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 10 : 73 :::
code sequences) wird sowohl von der mobilen Station wie auch von der Basis Station
generiert und verwendet.
UMTS basiert auf der CDMA-Technologie. Ursprünglich für den militärischen Bereich entwickelt, gilt
UMTS als von außen sehr abhörsicher. Sender und Empfänger vereinbaren dabei einen variablen
Code, anhand dessen die Datenpakete innerhalb eines Frequenzspektrums zugeordnet werden. So
schickt der Sender eine gewaltige Menge von Datenpaketen in sehr kurzen Abständen heraus. Aus
dem ,,Paketmeer" filtert der Empfänger anhand des Codes, der sich von Verbindung zu Verbindung
ändert, die Daten heraus, die für ihn bestimmt sind. Zum Abhören von Gesprächen genügt es deshalb
nicht, eine Frequenz zu überwachen. Man muss die Codes kennen, um die Pakete unterscheiden zu
können.
2.2.2
Abschätzung des aufkommenden Datenvolumens
Die Applikationen und Services wurden vom UMTS-Forum nach aufkommendem Datenvolumen in 6
große Klassen unterteilt (andere Einteilungsmöglichkeiten bzw. Unterscheidung zwischen Services
und Applikationen siehe Kapitel 3, Verarbeitung (Applikationen und Services), Seite 14):
Sprache (S)
symmetrisch
-
Einer zu einem oder einer zu vielen;
-
Voicemail
Simple Messaging
(SM)
asymmetrisch
-
SMS, paging
-
e-mail
-
Broadcast Messaging (Werbung)
-
Ordering / Payment (newsletter, Einfacher e-
Commerce)
Switched Data (SD) symmetrisch
-
Langsamer Intranet/ LAN Zugang
-
Internet Zugang
-
Fax
Medium Multimedia
(MMM)
asymmetrisch
Services mit moderaten Datenraten, typische Dateigrößen
von 0,5 MB, mit Toleranz zu kurzen Verzögerungen.
Paketorientierte Übertragung.
-
LAN/Intranet/Internet Zugang
-
Application sharing
-
Interaktive Spiele
-
Lotterie / Gewinnspiele
-
Broadcast / public information messaging (z.B.
Stauwarnungen)
-
Einfaches Online-shopping, banking
High Multimedia
(HMM)
asymmetrisch
Applikationen mit hohen Bitraten. Typische Dateigröße von
10 MB, mit Toleranz zu kurzen Verzögerungen.
Paketorientierte Übertragung.
-
schneller LAN/Intranet/Internet Zugang
-
Video on demand
-
Audio on demand
-
Online shopping
High Interaktive
Multimedia (HMM)
symmetrisch
Symmetrische Services benötigen permanente hohe
Datenraten mit möglichst geringer Verzögerung
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 11 : 73 :::
-
Videotelefonie und Videokonfernz
-
Telepräsenz und Zusammenarbeit (z.B. im medizin.
Bereichen)
Während man die Services der ersten 3 Bereiche noch dem Netzwerk der 2. Generation zuordnen
kann, stellen die letzten 3 Bereiche typische Anwendungen der neuen Generation dar. Der für UMTS-
Anwendungen zur Verfügung stehende Datendurchsatz sowie die maximal zulässige
Bewegungsgeschwindigkeit ist der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen
12
:
Zelltyp
Max. mögliche Bitraten
pro User
Realistische Bitrate
pro User
13
Maximale Bewegungs-
geschwindigkeit
14
Macro
384 kbit/s
144 kbit/s
500 km/h
Micro
384 kbit/s / 2 Mbit/s*
192 kbit/s
120 km/h
Pico
2 Mbit/s
384 kbit/s
10 km/h
Tabelle 2 maximal mögliche Bitraten *
2 Mbit/s (nur bei geringer Mobilität) nahe an der Funkstation möglich
2.3 IPv6
Der Zugang zum Internet soll durch die Einführung des Internet Protokolls Version 6 (Ipv6) für mobile
Endgeräte erleichtert werden. Vorab sollte erwähnt werden, dass es noch nicht genau abgeklärt ist,
wie ein Übergang vom derzeit verwendeten IPv4 zu IPv6 vollzogen wird Standards in dieser Hinsicht
werden erst definiert werden müssen, um den Übergang zu erleichtern
15
. Ein Parallelbetrieb von IPv4
und IPv6 ist technisch möglich, aber in jeder Hinsicht beträchtlich aufwendiger. Aktuelle GPRS-Geräte
verwenden IPv4. Die Einführung von IPv6 in UMTS wird vermutlich stufenweise erfolgen. Hier ein paar
besonders für UMTS relevante Vorteile von IPv6:
Adressen
IPv6 besitzt ein erweitertes Adressierungspool von insgesamt ca. 3,4x10
38
verfügbaren Adressen
aufgrund der 128-Bit Adressstruktur
16
. Dies ist die Reaktion auf die zunehmende Verknappung der
bestehenden Adressen. Damit soll außerdem sichergestellt werden, dass jedes Endgerät, vom
Desktop-PC über Mobiltelefon bis hin zum Kraftfahrzeug über seine eigene (oder auch mehrere) IP-
Adresse(n) verfügen kann. Dies soll unter anderem die Entwicklung von Applikationen erleichtern, da
man Übersetzungen von Netzwerk-internen Adressen nicht mehr berücksichtigen muss. Die
Verwendung von mehreren IP Adressen für ein Gerät soll ebenfalls Services erleichtern z.B. eine
interne ,,Home" IP und eine externe, mobile IP, mit deren Hilfe man etwa automatisch in das
firmeninterne Netz integriert wird, sobald man in dessen Reichweite gelangt.
12
vgl. UMTS Forum Report Nr. 6, Annex 3, Spectrum Calculations for Terrestrial Mobile Service, Seite 69 ff
13
Plan.net, UMTS Themendossier, Seite 13 ff
www.plan-net.de/themendossier/umts.pdf
14
Plan.net, UMTS Themendossier, Seite 13 ff
www.plan-net.de/themendossier/umts.pdf
15
vgl. UMTS-Forum Report Nr.11, Internet Protocol and Trends, Seite 46ff
16
vgl. Nokia Themenheft Seite 5, Jänner 2001,
http://presseloft.nokia.de/special/Themenheft.pdf
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 12 : 73 :::
Erhaltung von IP Adressen
IPv6 soll die Entwicklung und Erweiterung der Funktionalität von End-to End Applikationen erleichtern.
Dies wurde durch die eben angesprochene Translation der IP-Adressen (NAST Network Adress
Translation) erschwert. Die Hard- oder softwareseitige Analyse der einzelnen Pakete und der
Änderung der Header bringt Performanceeinbußen. Feste IP-Adressen sollen auch End-to-End-
Security und IP-Telefonie (VoIP) erleichtern.
Routing
In den Anfangszeiten des Internets ging man mit der Vergabe von IP-Adressen ziemlich sorglos um
17
.
Die dadurch bedingte Vergrößerung der Routing-Tabellen führte zu einem Umdenken und einer
strukturierten und geordneten Vergabe von Adressbereichen. Dennoch trägt die Internet-Community
noch immer an der Altlast der großen, langsamen Routing-Tabellen der ersten Jahre. Eine große
Bürde, da eine Neuverteilung, Umnumerierung bzw. Umstrukturierung mit einem zu großen Aufwand
verbunden ist und immer wieder neue ,,Löcher" in bestehende Routingtabellen (z.B. durch
Providerwechsel) geschaffen werden. IPv6 unterstützt eine hierarchische Adressbelegung welche die
theoretische Anzahl an Routing-Einträgen in den Tabellen auf 8000 (derzeit bis zu 90.000 Einträge)
beschränkt.
Plug & Play
IPv6 erweitert Plug & Play-Konfigurationen: IPv6 arbeitet mit DHCP (Dynamic Host Configuration
Protocol Protokoll zur automatischen Zuweisung von IP-Konfigurationen) und DNS (Domain Name
System System zur Host-Namensgebung) zusammen und konfiguriert sich somit selbst, was eine
wesentliche Administrationserleichterung darstellt. Die Autokonfiguration liest die MAC-Adresse (Media
Access Card im allgemeinen die Netzwerkkarte, welche eine weltweit einmalige Zahlen-Nummern-
Kombination besitzt
18
) oder verfügbare IEEE
19
-Adressen aus und generiert daraus eine netzwerkweite
einzigartige ID. Ein Präfix davor ist für lokale Zusatzdienste gedacht und kann ohne viel Aufwand oder
Rekonfiguration des Hosts vom Provider geändert werden. Mobilität wird dadurch ebenfalls unterstützt:
Die Autokonfiguration ermöglicht die Nutzung der UMTS-Endgeräte an allen vorstellbaren Orten
ohne Support. Durch flexible Adressstruktur wird auch Roaming erleichtert. Der Benutzer braucht sich
daher über Konfigurationen oder Existenz des Internet-Protokolls keine Gedanken zu machen.
Struktur der Header
Durch optimierte Headerstruktur wird schnelleres Routing ermöglicht, da die Header im Gegensatz zu
IPv4 eine feste Größe mit mehr Eintragmöglichkeiten besitzen. Zusätzlich wird eine Kompression des
Headers unterstützt, welche besonders für kleine Datenpakete, wie sie durch mobile UMTS-Endgeräte
erzeugt werden, wichtig ist. Es wurde jedoch auch an eine Erweiterung des Headers gedacht, sei es
aus Effizienzgründen, für Geräte welche Zugang für spezielle Informationen bieten, oder um Raum für
zukünftige Erweiterungen zu schaffen.
17
vgl. Windows NT TCP/IP Netzwerk-Administration, Seite 27 ff
18
Es gibt jedoch Ausnahmen wie z.B. Netzwerkkarten älterer Generation, denen man softwaremäßig beliebige Adressen
zuweisen kann
19
Institute of Electrical and Electronics Engineers, zuständig für Standardisierungen
Kapitel 2 Informationsübertragung - technischer Background
::: 13 : 73 :::
Gewichtung von Diensten
IPv6 kann gewissen Protokollen und Paketen höhere bzw. niedrigere Dringlichkeitsstufen zuordnen.
Dies unterstützt z.B. VoIP, wo die höchste Prioritätsstufe den kontinuierlichen Datenfluss und somit
eine störungsfreie Übertragung garantieren soll.
Security
Zugunsten der Security wurde das IPSec-Protokoll, welches bei IPv4 zusätzlich benutzt wird, in IPv6
integriert. Das bringt vor allem Performancesteigerung und eine Vereinfachung der Handhabung, da
nicht bei jeder Session erst überprüft werden muss, ob das andere Endgerät das IPSec-Protokoll
unterstützt und welche Zusatzfunktionen eingerichtet sind.
Gewisse Nachteile sollten jedoch nicht unerwähnt bleiben:
Existierende IPv4-Adressen lassen sich problemlos in IPv6-Adressen umwandeln, umgekehrt
funktioniert dies jedoch nicht, mit anderen Worten, IPv6 ist nicht abwärtskompatibel. Router müssen
neu konfiguriert werden, wie zum Beispiel die adressenbasierte Filterung durch Router, welche
aufgrund der neuen Adresslänge nicht mehr greift. Die zusätzlichen Kosten, welche durch den Betrieb
eines Dual-Protokoll-Netzwerks entstehen, dürfen nicht unterschätzt werden. Durch den Dual-stack-
mode werden die Routingtabellen aufgrund der Kombination von IPv4 und IPv6 dennoch anwachsen.
Allerdings ist IPv4 aufgrund seiner Adressbeschränkung auf die Dauer nicht in der Lage, die erwartete
große Anzahl an Usern zu verwalten.
Kapitel 3 Verarbeitung (Applikationen und Services)
::: 14 : 73 :::
Kapitel 3 Verarbeitung (Applikationen und Services)
3.1 Einleitung
Um eine Aufzählung möglicher Services und Applikationen zu vermeiden, wurden entsprechende
Tabellen vom UMTS-Forum Report Nr. 13 übernommen (Kapitel 7.1, Abbildungen und Designstudien,
Abbildung 23 und Abbildung 24, ab Seite 60), um einen Überblick zu ermöglichen. Als Quellen dienten
dem UMTS-Forum ARC, CIBC, Dain Rauscher Wessels, Durlacher Research, Frost & Sullivan, JP
Morgan, Merill Lynch, Mobile Lifestreams, Motorola, Nokia, NTT DoCoMo, Ovum, Robertson Stephens
und UBS Warburg
20
. Im weiteren Verlauf dieses Kapitels werden daher die Applikationen und Services
der jeweiligen Kategorien allgemein beschrieben und zur Illustration bestimmte Beispiele von
Applikationen/Services hervorgehoben, bzw. zusätzlich jene aufgeführt, welche ich persönlich
aufgrund des gegebenen technischen Umfeldes für möglich halte. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf
mobile Endgeräte UMTS bietet sich aufgrund der Netzstruktur und der Übertragungskapazitäten ja
auch für feste, nicht verkabelte PC-Stationen oder beispielsweise für Autos an dies würde jedoch
den Rahmen dieser Arbeit sprengen.
Die Neuerung gerade für Handybesitzer werden geänderte Rahmenbedingungen sein: Bisher war
man, was GSM-Dienste von Netzbetreibern - wie z.B. News per sms aufs Handy - betraf, auf die
Netzbetreiber selbst angewiesen
21
. Bot der Netzbetreiber einen gewünschten Dienst nicht an, so
musste man darauf verzichten oder den Betreiber wechseln. Erste Änderungen ergaben sich durch
die Einführung von WAP-Portalen, da die User beliebige Portale und deren Applikationen von
Drittanbietern nutzen konnten (das gleiche gilt natürlich auch für den Content). Die Entwickulung
deutet auf eine Auftrennung von Endgeräten, Applikationen/Diensten, Netzbetreibern und Content hin:
Ericsson entwickelt selbst relativ wenige Applikationen für seine Endgeräte und vermittelt andere
Unternehmen
22
sicher auch aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus. Andere Firmen konzentrieren
sich wiederum rein auf die Entwicklungen von Anwendungen, andere (wie z.B. Materna) versuchen mit
Gesamtlösungen zu punkten
23
, indem sie Anwendungen entwickeln (oder auch einkaufen) und
gleichzeitig mit eigener Hardwareausstattung als Serviceprovider auftreten.
Dies kann zu einer relativ komplizierten Kostenabrechnung bzw. zu einer für den Benutzer nur sehr
schwer nachvollziehbaren Abrechnung von Services führen, da man als Benutzer nun nicht mehr
alleine das UMTS-Netz in Anspruch nimmt, sondern verschiedene Dienste und Applikationen von
Serviceprovidern. Diese freie Wahl an Applikationen und Diensten verstärkt natürlich den Druck und
die Konkurrenz zwischen den Anbietern zum Vorteil des Kunden. Dabei wird nicht nur die
Preisgestaltung eine Rolle spielen erst durch die Kombination verschiedenster Applikationen kann
man eine große Anzahl an Services ermöglichen und Vielfalt wird ein ebenfalls entscheidender
Faktor sein.
Dieses Kapitel beschäftigt sich allgemein mit den dargebotenen Möglichkeiten. Die Anforderungen der
Applikationen an die Endgeräte, ob Endgeräte zum Beispiel die anfallenden Datenmanegen von
20
vgl. UMTS Forum Report Nr. 13, Seite 26ff
21
abgesehen von ein paar kleineren Ausnahmen; z.B. Nummern von sms-to-email-Gateways
22
vgl. Erricsson Homepage;
http://www.ericsson.com/developerszone/
23
z.B. Anny Way Carrier and Provider Solutions von Materna,
http://www.annyway.com
Kapitel 3 Verarbeitung (Applikationen und Services)
::: 15 : 73 :::
Videos bearbeiten können, werden im Kapitel 5, Ein-/Ausgabe (Endgeräte Mobile Multimedia
Devices), ab Seite 40 beschrieben, da es sich hierbei in erster Linie um Eigenschaften der Endgeräte
handelt.
3.2
Einteilung in Kategorien
Die Einteilung von Applikationen in Kategorien dient ausschließlich der Übersichtlichkeit und ist
willkürlich gewählt
24
. Die Grenzen sind oft sehr schwer zu ziehen und viele Applikationen, gerade
Anwendungen für Positioning, stellen Mischformen mit anderen Kategorien dar, dessen Anwendungen
so um interessante Zusatzfunktionen erweitert werden.
Unterschieden werden muss auch zwischen Applikationen (Anwendungen) und Services (Diensten),
Applikationen ermöglichen erst gewisse Dienste. Location based services wären ohne Positioning-
Applikationen nicht möglich. Ein mobile-banking-Service benötigt zum Beispiel eine Secure-
Transaktion-Applikation, welche wiederum vom Service-Provider bereitgestellt werden muss. Ein
Unified-Messaging-Service benötigt Spracherkennung und Text-zu-Sprache-Applikationen. Individuelle
Applikationen ermöglichen erst eine große Anzahl an Diensten, oder anders ausgedrückt,
Kombinationen verschiedener Applikationen ermöglichen einem Service-Provider die Bereitstellung
gewisser Dienste. Da Applikationen oft als Dienste angesehen werden können (und umgekehrt) wird
im weiteren Verlauf dieser Diplomarbeit auf diesen feinen Unterschied oft nicht eingegangen, da er
vernachlässigbar ist.
Die zweite Unterscheidung muss zwischen Content-Provider und Service-Provider getroffen werden:
Ein Service-Provider kann als Content-Provider auftreten und sich auch für den Inhalt verantwortlich
zeichnen; muss aber nicht: Vorstellbar wäre eine Art Newsflash der APA-Presseagentur: Sie liefert als
Content-Provider den Inhalt (die News), das Service (die Übermittlung der Nachricht an das Endgerät)
übernimmt der Service-Provider. Das Zusammenspiel von Services und Applikationen wäre hierbei der
Newsflash das Service, die Applikationen dahinter wären Broadcast-Messaging (eine Nachricht an
viele) und eine Postioning-Applikation (für zum Beispiel vom momentanen Aufenthaltsort abhängige
Nachrichten). Dies ist gleichzeitig ein gutes Beispiel für Kombinationsmöglichkeiten von Positioning-
Anwendungen mit Anwendungen anderer Kategorien.
Da Services eine Kombination aus Applikationen darstellen und so erst die Möglichkeiten von UMTS
aufzeigen, werden nachfolgend Applikationen und Services als gleichwertig betrachtet: Hier eine grobe
Einteilung von Applikationen, wobei Positioning-bezogene Services und Applikationen im
darauffolgenden Kapitel 4, Schwerpunkt Positioning, ab Seite 28, beschrieben werden:
-
Multimedia
-
m-commerce
-
Unified Messaging
-
Voice over IP
-
Interactive Broadcasting
-
Poisitioning
24
modifiziert übernommen von UMsTS Forum Report 11, Seite 13
Kapitel 3 Verarbeitung (Applikationen und Services)
::: 16 : 73 :::
Hier eine Aufzählung möglicher Servicekategorien:
-
Location based Services
-
Unterhaltung und Information
-
B2C Services
-
(Heim-)Office-Erweiterungen
-
Telemedizin
-
Telematik/Telemetrie
Location
based
Services
Unterhaltung
und
Information
B2C
Services
(Heim-)Office-
Erweiterungen
Telemedizin Telematik/
Telemetrie
Multimedia
H H H H M G
m-commerce
H H H G G M
Unified
Messaging
G G G H M G
Voice over IP
M M M H H G
Interactive
Broadcasting
H H M G G G
Poisitioning
H H G M G H
Tabelle 3 Einfluß von Applikationen auf die Bildung von Services (H= hoher Einfluß; M=mittlerer
Einfluß; G=geringer Einfluß)
25
Tabelle 3 beschreibt den Zusammenhang von Services und Applikationen: So werden zum Beispiel
Multimedia-Applikationen für alle Service-Kategorien bis auf Telematik und Telemedizin vom UMTS-
Forum als sehr wichtig erachtet.
Generell ist zu sagen, dass eine große Anzahl von Applikationen und Services zwar möglich, aber
deshalb noch lange nicht unbedingt sinnvoll sind. Zwar ist eine große Anzahl an Diensten notwendig,
um den persönlichen Vorlieben der einzelnen Benutzer entgegenzukommen, aber teilweise fanden
sich in Unterlagen und auch in Fernsehberichten Beispiele von Diensten, die subjektiv als unnötig
erscheinen: Zum Beispiel die Möglichkeit per UMTS-Handy Fenster, Jalousien und Licht seines
Hauses fernzusteuern (,,Falls man vergessen hat, das Licht auszumachen"). Bedenkt man den
zusätzlichen Hardware- und den damit verbundenen Kostenaufwand zur Realisierung (Internet- und
Applikationserver mit ständiger Internetverbindung, Spezialsoftware, Verkabelung und Sensoren,
Installation und Einrichtung des Systems), so drängt sich die Frage auf, ob ein schlichter Notizzettel an
der Haustür nicht sinnvoller wäre. Dennoch werden der Vollständigkeit halber auch solche Dienste
erwähnt, deren Chancen zur Marktetablierung als sehr gering eingestuft werden.
25
modifiziert übernommen von UMTS-Forum Report Nr. 11, Seite 21
Kapitel 3 Verarbeitung (Applikationen und Services)
::: 17 : 73 :::
3.3
Beschreibung möglicher Applikationen
3.3.1 Multimediaapplikationen
Multimediaapplikationen ermöglichen den Breitband-Internetzugang je nach Anforderung in Echtzeit,
wie etwa bei Video-Konferenzen (High Interactive Multimedia) bzw. in Nicht-Echtzeit (Austausch von
Daten, Downloaden von Files). Wichtig ist dabei die automatische Erkennung der erforderlichen
Bandbreite beziehungsweise der zur Verfügung stehenden Bandbreite, um sich an den äußeren
Gegebenheiten anpassen zu können. Anfallende Datenvolumina typischer Multimediaapplikationen
sind der Tabelle auf Seite 10 zu entnehmen.
Bildtelefonie und Videokenferenzen
Bildtelefonie und Videokonferenzen stellen bereits typische Kommunikations-Services dar. Das UMTS-
Netz wurde genau für diese Art datenintensiver und zeitkritischer Anwendungen ausgelegt. Die
Erkennung der Bandbreite spielt hier eine große Rolle, um die Verbindung in der optimalen Qualität zu
ermöglichen. Dennoch wurde der Quality-of-Service-Support in 3GPP Release 99 Spezifikationen nur
auf traditionelle Sprachübermittlung ausgelegt
26
. Bislang wurden Videokonferenz-Applikationen
aufgrund hoher Kosten fast ausschließlich von Business-Kunden benutzt: geringe Bandbreiten,
benötigtes Spezial-Equipement und Ortsgebundenheit waren grundlegende Faktoren für den nur
mäßigen Erfolg bisheriger Videokonferenz-Services. Die Bandbreiten sollten mit der Einführung von
UMTS vorhanden sein, und auch technisch gesehen besitzen heutige schon bald erhältliche
Endgeräte die Fähigkeiten zur Darstellung von Videostreams (siehe Kapitel 5.5 Marktentwicklung -
Rückschlüsse auf mögliche Endgeräte auf Seite 46). Somit steht dem Uraubsgruß via Bildtelefonie aus
fernen (UMTS-betreibenden) Ländern nichts mehr im Wege.
Datentransport multimedialer Inhalte
Gemeint sind damit der Austausch von Multimedia-Files, Video- und Audiodaten. Gerade diesem
Bereich wird große Beachtung geschenkt, da die Nutzung multimedialer Möglichkeiten moderner
Kommunikationstechnologie einen Großteil der Bevölkerung sehr stark anspricht man denke an den
(ehemaligen) Erfolg der ,,Musiktauschbörse" Napster. Die Erfahrung lehrt, dass der Bevölkerung
marketingstrategisch ,,aufgezwungene" eingeführte Technologie-Innovationen selten von Erfolg
gekrönt sind man denke nur an DAB (Digital Audio Broadcasting digitales Radio) oder Digitales
(Pay-)TV. Die Gerichtsurteile gegen Napster werden die Verbreitung digitaler Audiodaten im Netz
behindern, aber nicht aufhalten. Die Breitband-Ausrichtung von UMTS und deren geringen
Downloadzeiten tragen dieser Entwicklung Rechnung das Ende der Audio-CD und ihrer geringen (da
unkomprimierten) Speicherkapazität wird langsam, aber sicher eingeläutet und weicht einem
komprimierten Datenstrom aus Bits und Bytes.
Die nachfolgende Tabelle zeigt beispielhaft Downloadzeiten verschiedener Multimedia-Daten von
Applikationen unterschiedlichster Kommunikations-Plattformen. Filme in hoher Qualität lassen sich
jedoch auch mit UMTS nicht realisieren die dabei aufkommenden Datenmengen würden die
derzeitigen und in naher Zukunft verfügbaren technischen Möglichkeiten überschreiten.
26
UMTS-Forum Report Nr.11, Seite 22
Ende der Leseprobe aus 74 Seiten
- nach oben
Details
- Arbeit zitieren
- , 2001, Möglichkeiten von Applikationen und Services mit UMTS, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/221014
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