Cyberfahnder - Telekommunikation

Mobilfunk	23.08.2008
	Mobilfunk
	Mobilfunknetze Funkzellen Geodaten, Bewegungsdaten Kabel und Antennen Handover Roaming Grenzüberschreitungen Roaming im Verbindungsnetz Clearinghouses	Der Mobilfunk stellt hohe Anforderungen an die verwendete Technik für die Verfügbarkeit und Abrechnung. Der Beitrag beschreibt die Grundlagen der Mobilfunktechnik und des Roamings beim Wechsel in fremde Mobilfunknetze, ohne jedoch auf technische Details einzugehen.
	Mobilfunknetze
	Mobilfunknetze sind Anschlussnetze, deren Endgeräte (Handys) über Funkverbindungen an das Netz angeschlossen sind. Im Gegensatz zum Festnetz, das nur stationäre Endgeräte kennt, ermöglicht das Mobilnetz eine freie Bewegung des Anschlussinhabers ( Animation). Das Netz muss deshalb einen ständigen Kontakt zu dem empfangsbereiten Mobilgerät halten, um jederzeit eine optimale Verbindung zu ermöglichen. Die Betreiber der Mobilfunktechnik verwenden zwar ihre eigenen Funkanlagen (Antennen und Systemtechnik), nutzen in aller Regel aber gemeinsam Funkmasten und Technikräume, die von einer gemeinsamen Betreibergesellschaft zur Verfügung gestellt werden ( Site-Sharing).	Darüber hinaus gibt es Roaming-Verträge, mit denen Netzanbieter mit geringerer Flächendeckung die Infrastruktur anderer Anbieter mit nutzen können. Dies ist insbesondere in der "breiten Fläche" sinnvoll, wo zwar die Erreichbarkeit gewährleistet werden muss, aber die Ausnutzung gering ist. Die Bereitstellung und Nutzungsmengen werden zwischen den Betreibern abgerechnet, ohne dass dies die Anwender bemerken oder ihnen als Fremdnetznutzung in Rechnung gestellt wird. Das Mobile Switching Center beherbergt die zentrale Verwaltungstechnik eines Mobiltelefonnetzes, in dem alle Verbindungsinformationen des Netzes zusammenfließen, das die laufenden Verbindungen der Nutzer aufrecht erhält - einschließlich der Erreichbarkeit - und den Übergang (Gateway) zu anderen Netzen bietet.
	Funkzellen
	Die Betreiber von Mobilfunknetzen erreichen das dadurch, dass sie die Versorgungsfläche in einzelne Funkzellen aufteilen, in deren Zentrum eine Antenne den Kontakt zu den Endgeräten hält, die sich in ihr befinden. Im Idealbild kann man sich das als eine Wabenstruktur vorstellen (siehe links, Details), die eine gleichmäßige Flächenabdeckung ermöglicht.	Im ländlichem Bereich sind die Funkzellen meist größer und in den Städten kleiner, weil sich ihre Größe danach richtet, wieviele Endgeräte in der Funkzelle bedient werden müssen. In städtischen Bereichen kann die Erreichbarkeit der Funksignale auch durch die baulichen Gegebenheiten beeinträchtigt werden, so dass auch deshalb kleinere Funkzellen bestehen. Wegen der großräumigen Verfügbarkeit haben einzelne Mobilnetzanbieter Kooperationsverträge miteinander abgeschlossen, so dass sie die technische Infrastruktur des jeweils anderen mit benutzen können.

Funkzelle. Ideal: Draufsicht	In den Planungsskizzen werden die Funkzellen in aller Regel als Waben gezeichnet und angesehen. Die für den Mobilfunk verwendeten Stabantennen "überstreichen" immer nur einen einstellbaren Winkel. Deshalb sind immer mehrere Antennen nötig, um die Funkzelle "rundum" zu erfassen. Sie lassen sich auch ganz verschieden ausrichten und einstellen nach Ausbreitungswinkel, Abweichung von der Lotrechten und Leistung. Der Standort der Antennen muss deshalb keineswegs der geographische Mittelpunkt der Funkzelle sein.	Die Topographie der Funkzelle hängt von verschiedenen technischen Einstellungen ab. Wird die Lotrechte einer Antenne nach oben verwinkelt, so lassen sich auch Hügelkuppen oder die oberen Stockwerke von Hochhäusern erreichen. Wird sie nach unten verwinkelt, kann sie in ein "Tal schauen". Verbreitert man den Abstrahlungswinkel, so wird damit in der Breite ein größeres Gebiet abgedeckt. Verringert man die Leistung, so reduziert man die Weite der Empfangsbereitschaft. Beides verringert die Menge des Stand-by-Betriebes und der möglichen Verbindungsaufnahmen. Wird der Abstrahlungswinkel ganz eng eingestellt, so kann eine Antenne dazu ausgelegt werden, nur einen einzigen Bahnsteig abzudecken.

Ideal: gleichmäßige Abstrahlung topographische Einflüsse durch ein Gebäude	Die ideale Abstrahlung einer Antenne wird bevorzugt in der Form eines ovalen Hammerkopfes dargestellt. Sie ignoriert Seitenabstrahlungen und Reflektionen, die sowohl Leistungseinbußen als auch Überweiten hervorrufen können (links: Seitenansicht). Noch viel wichtiger sind die topographischen Einflüsse: Gebäude, dichter Baumbestand, Wasserflächen, Bodensenken, Hügel, elektrotechnische Anlagen (im Extrem: Umspannanlage für die Stromversorgung).	Das Schema links unten zeigt den idealisierten Einfluss eines Gebäudes

	Selbst in einem Flachland können die nahe gelegenen Gebäude die Form und damit die Erreichbarkeit in einer Funkzelle extrem verändern. Das Bild links veranschaulicht das vom Prinzip her.
	Geodaten, Bewegungsdaten
	Mit den Geodaten können die Betreiber von Mobilfunknetzen den Standort des Endgeräts bestimmen. Im Grenzbereich zwischen zwei Funkzellen bestimmen die Qualität der Funksignale (Erreichbarkeit) und die Auslastung der Funkzelle darüber, welche Funkzelle die Empfangsbereitschaft bedient. Die Geodaten werden als Verkehrsdaten kurzfristig protokolliert.	Mit einer Anordnung nach den §§ 100g StPO können die Betreiber von Mobilfunknetzen innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens zur Protokollierung und Herausgabe der Verkehrsdaten verpflichtet werden. Die Ermittlungsbehörden haben damit die Möglichkeit, den Aufenthalt eines Verdächtigen jedenfalls dann nachzuvollziehen, wenn er sein Handy empfangsbereit schaltet. Mit den Geodaten aus einem bestimmten Zeitraum lassen sich schließlich auch "Bewegungsprofile" erstellen ( Animation).
	Kabel und Antennen
direkte Verbindung, Rethimnon, Kreta 2003	Nur die Endgeräte in den Mobilfunknetzen sind Funkgeräte. Ihre Netzstruktur im übrigen basiert grundsätzlich auf Kabelverbindungen, mit denen die Masten miteinander und mit der zentralen Netzverwaltungstechnik verbunden sind. Besonders in ländlichen Bereichen werden auch Richtfunkverbindungen unterhalten, wenn die Verlegung von Kabeln zu teuer oder aus anderen Gründen ausgeschlossen ist.	Die Antennen für die Versorgung der Funkzelle sind in aller Regel horizontal ausgerichtete, längliche Stabantennen. Richtfunkantennen zeichnen sich hingegen durch ihre schüsselähnliche Zylinderform aus. Es handelt sich dabei in aller Regel um Parabolspiegel, die mit ihrer nach innen gerichteten (konkaven) Wölbung den Strahl auf den Empfangsteil bündeln ( Parabolspiegel). In dem Bild links sind drei besonders große Exemplare zu erkennen ( Details). In Deutschland sind die Richtfunkantennen meistens deutlich kleiner.

	Manche der Richtfunkantennen in Deutschland sind nicht viel größer als Spielzeugeimer. Sie sind besonders häufig in den Städten und ihrem bevölkerten Umland vertreten, wo sie die kurzen Strecken zwischen den Masten in benachbarten Funkzellen überbrücken. Vielfach kommen sie deshalb zum Einsatz, weil nachträglich weitere Funkzellen eingerichtet wurden und deshalb eine Kabelverbindung zu teuer und aufwändig wäre oder erst für einen späteren Zeitpunkt geplant ist ( Schema in der Vergrößerung).	Die Richtfunktechnik hat gegenüber anderen Funktechniken den Vorteil, dass sie besonders abhörsicher ist. Ihr Funkstrahl ist stark gebündelt und kann nur mit einer Antenne aufgenommen werden, die unmittelbar in den Funkstrahl geführt wird. Die gängige Technik bricht sodann die Übertragung ab. Nur bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit, sehr starkem Smog oder extremer Rauchentwicklung kann der Richtfunkstrahl so stark gebrochen werden, dass die Verbindung gestört oder unterbrochen wird. Richtfunk
	Handover	Roaming
	Der örtliche Wechsel des mobilen Endgeräts von einer Funkzelle in die benachbarte wird als Handover bezeichnet ( Handover). Die Mobilfunktechnik muss dabei die optimale Erreichbarkeit - störungsfreie Verbindung - und möglichst auch einen Lastausgleich zwischen den benachbarten Funkzellen organisieren (automatische und unterbrechungsfreie Übergabe der Funkzellen). Das Handover kennt verschiedene Ausprägungen, die auf denselben Betreiber beschränkt sein können, aber auch Kooperationen zwischen verschiedenen Anbietern und sogar verschiedenen Techniken zur Funkvermittlung umfasst. Ihnen ist gemeinsam, dass der für das Endgerät zuständige Betreiber die Diensteabwicklung steuert und der Kunde mit seinem Endgerät davon nichts mitbekommt.	Unter Roaming werden hingegen die Techniken zusammen gefasst, die es ermöglichen, dass ein mobiles Endgerät auch in entfernten fremden Netzen empfangsbereit ist oder, je nach Vertragsinhalt, auch Verbindungen aus einem fremden Mobilfunknetz heraus aufnehmen kann. Dafür sind mehrere Varianten im Einsatz. Sehr instruktiv ist der Folienvortrag von Yan Lin, Roaming und Handover zwischen verschiedenen Netzen und Netztechnologien, TU München 2004.
	Grenzüberschreitungen
	Die grenznahe Erreichbarkeit in fremden Netzen im Randbereich benachbarter Mobilfunknetze ist eine kundenvertragsunabhängige Form des Handovers, die den Betreibern die optimale Nutzung ihrer Infrastrukturen ermöglicht und den Kunden keine Einflussmöglichkeiten (und Nachteile) eröffnet ( Animation).	Das Partnernetz übernimmt dabei einfach nur die Bereitstellung der Dienste anstelle des Herkunftsnetzes, wobei die beteiligten Netze unmittelbar oder automatisch miteinander verbunden sind. Der finanzielle Ausgleich wird zwischen den benachbarten Anbietern abgerechnet und ausgeglichen.
	Roaming im Verbindungsnetz
	Die überörtlichen Verbindungen über große Entfernungen stellen nicht die traditionellen Anschlussnetze her (Orts- und Mobilfunknetze), sondern die Verbindungsnetze mit besonders großer Bandbreite für die Datenmenge, die übertragen werden müssen. Wie die Anschlussnetze auch verfügen die Verbindungsnetze über eine zentrale "Intelligenz", die die Verbindungsaufnahme steuert.	Gerät ein mobiles Endgerät in ein fremdes Anschlussnetz, das mit dem Herkunftsnetz mit einem Kooperationsvertrag verbunden ist, so werden die technischen und finanziellen Leistungen unmittelbar zwischen den Betreibern abgewickelt ( Animation). Die Authentifizierungs- und Abrechnungsdaten müssen dazu zwischen den beteiligten Netzanbietern ausgetauscht werden. Hierzu betreiben sie sogenannte AAA-Server (Authentisierung, Authorisierung, Accounting/Abrechnung), die die angeforderten Daten abgeben und die angelieferten Abrechnungsdaten aufnehmen und weiter verarbeiten.
	Clearinghouses
	Clearingstellen sind ursprünglich im Bankwesen entstanden und dienen der Abrechnung und Verrechnung gegenseitiger Verbindlichkeiten der Bankinstitute ( Clearing). Auch das Authentifizierungs- und Abrechnungsverfahren wegen des Roamings wird inzwischen ganz überwiegend von international tätigen und spezialisierten Clearinghouses abgewickelt ( Animation, Roaming Billing Data Services, Clearinghouse). Ohne die Clearinghouses müssten alle beteiligten Betreiber von Mobilfunknetzen einzeln und aufwändig miteinander ihre Forderungen abrechnen.	Nach eigenen Worten Marktführer ist die Firma EDS. Sie betreibt das Clearing für über 100 Betreiber von Mobilfunknetzen weltweit – darunter auch T-Mobile, Vodafone, D2, E-Plus und O2 ... Mit nahezu 10 Milliarden verarbeiteten Transaktionen ist EDS weltweit Marktführer in diesem Segment.( Flyer) Ein neues Geschäftsfeld für Clearinghouses ist mit dem Betrieb öffentlicher WLAN-Hotspots (Wireless Local Area Netzwork) entstanden. In diesem Zusammenhang hat sich besonders der Branchenverband eco für die Schaffung einer nationalen Abrechnungsstelle stark gemacht ( Protokoll des AK WLAN vom 14.02.2003).
	Cyberfahnder
	© Dieter Kochheim, 02.08.2009