Mobiele netwerktechnologieën: verleden, heden en toekomst whitepaper Schrijver : Peter Groot Versie Datum Initialen Opmerkingen 1.0 07-08-2008 PG Initiële document 1.1 15-10-2008 PG Definitief document RAM Mobile Data 1 van 7 16-10-2008
Inhoudsopgave Inleiding...3 Van analoog naar digitaal: 1G en 2G...4 VoIP en Internet worden mobiel bereikbaar: 3G...5 Compleet dienstaanbod: 4G...6 WIMAX... 6 LTE... 6 Hoe verder?... 7 RAM Mobile Data 2 van 7 16-10-2008
Inleiding 2G, 3G, 4G, Wimax, LTE; als u op de hoogte wilt blijven van de ontwikkelingen binnen de wereld van mobiele netwerktechnologie, duizelt het u waarschijnlijk al snel van alle termen die u daarbij tegenkomt. Om u een helder en compact beeld te schetsen van de huidige stand van zaken, de weg daar naartoe en de nieuwe mogelijkheden die de toekomst gaat bieden, heeft RAM Mobile Data dit whitepaper samengesteld. We gaan daarbij terug naar het begin van de jaren negentig, naar de introductie van de eerste digitale netwerken. Vervolgens gaan we in op de almaar toenemende eisen op het gebied van snelheid, bandbreedte en uitbreiding van het aantal gebruiksmogelijkheden, tot aan videoconferencing en mobiel internetten. Die eisen hebben geresulteerd in een aantal technologische vernieuwingen, met de huidge 3G-netwerken als voorlopig eindresultaat. En daar blijft het niet bij. Momenteel worden wereldwijd initiatieven ontplooid om te komen tot op IP-technologie gebaseerde vierde generatie (4G)-netwerken. Dat zijn netwerken met nog meer bandbreedte, nog meer snelheid, nog meer gebruiksmogelijkheden en, vandaag de dag zeker niet onbelangrijk, aanzienlijk betere mogelijkheden tot beveiliging van al dat mobiele verkeer. Kortom, de ontwikkelingen volgen elkaar snel op in de wereld van de mobiele communicatie. Als vooraanstaand speler binnen die wereld moet RAM Mobile Data daarvan uiteraard als eerste op de hoogte zijn om onze klanten optimaal te laten profiteren van alle nieuwe toepassingsmogelijkheden. Maar daar laten we het niet bij: we delen onze kennis en ervaring bijzonder graag met u. We wensen u dan ook veel leesplezier met dit whitepaper! RAM Mobile Data 3 van 7 16-10-2008
Van analoog naar digitaal: 1G en 2G Het is in het huidige digitale tijdperk wellicht moeilijk voor te stellen, maar nog geen 30 jaar geleden vond al het mobiele spraakverkeer alleen plaats via analoge netwerken. Via deze netwerken (die later eerstegeneratienetwerken of 1G-netwerken genoemd werden) was het voor het eerst mogelijk mobiel spraakberichten te verzenden en te ontvangen. In Nederland was de PTT de eerste aanbieder van dergelijke netwerken, die achtereenvolgens luisterden naar de namen ATF-1, -2 en 3. Met de privacy was het in die dagen nog slecht gesteld: analoog spraakverkeer kon met een ontvanger bijzonder gemakkelijk afgeluisterd worden. Daarnaast was er niet echt sprake van één uniforme standaard. Om aan die situatie een eind te maken is in 1982 in Europa de Groupe Speciale Mobile (GSM) opgericht. Binnen die groep is besloten die standaardisatie vergezeld te laten gaan van de introductie van een nieuw, digitaal mobiel netwerk. De afkorting GSM is daarbij veranderd in Global System for Mobile Communications. Vanaf 1990 zijn vervolgens wereldwijd mobiele netwerken uitgerold. GSM is daarbij de meest gebruikte standaard ter wereld. GSM-diensten worden gebruikt door meer dan 2,2 miljard mensen in meer dan 210 landen. De grootste concurrent is cdmaone, dat vooral wordt toegepast in Noord- en Zuid-Amerika. In navolging van de benaming 1G voor analoge netwerken, spreekt men in dit geval van netwerken van de tweede generatie, of 2G-netwerken. Ook het bekende Mobitexnetwerk van RAM Mobile Data behoort tot de groep 2G-netwerken. 2G-netwerken kunnen zowel geschikt zijn voor het verzenden van spraak als voor het verzenden van low speed data. De daarbij gebruikte techniek is GPRS, General Packet Radio Service, die het mogelijk maakt op een efficiënte, snelle en goedkope manier mobiele data te verzenden en te ontvangen. Naast de mogelijkheid om data te transporteren, bieden de 2G-netwerken nog een aantal andere voordelen boven de klassieke, analoge netwerken: De mogelijkheid de digitale spraakberichten te versleutelen, waardoor het afluisteren ervan een heel stuk moeilijker wordt. Een aanzienlijk betere geluidskwaliteit en een constante bereikbaarheid. Een langer gebruik van de batterijen van de mobiele telefoon, doordat de digitale signalen minder stroom vereisen. Ondanks de groeiende mogelijkheden die de voortschrijdende technologie vandaag de dag biedt (en waar u verder in dit whitepaper het nodige over kunt lezen), zullen 2Gnetwerken ook in de toekomst frequent gebruikt blijven worden voor mobiele applicaties, zoals het versturen van GPS (Global Positioning System)-informatie en korte berichten (de bekende SMS-jes, waarbij SMS staat voor Short Message Service). RAM Mobile Data 4 van 7 16-10-2008
VoIP en Internet worden mobiel bereikbaar: 3G Ondanks de vele nieuwe mogelijkheden die de 2G-netwerken boden, werd midden jaren tachtig de behoefte aan mobiele applicaties die meer bandbreedte vereisen, steeds groter. Dat had alles te maken met het feit dat de ontwikkelingen binnen de wereld van de vaste verbindingen niet stilstonden. Een goed voorbeeld daarvan waren de steeds grotere bandbreedtes van ADSL-verbindingen, die het mogelijk maakten tegelijkertijd te internetten en te telefoneren, razendsnel muziek, films en grote bestanden te downloaden en in groepsverband games te spelen. En daarnaast ontstond er door het toenemende gebruik van laptops eveneens behoefte aan mobiele verbindingen met een grotere capaciteit. Deze vraag naar een geavanceerder type mobiele netwerken leidde in december 1998 tot de oprichting van het 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Het belangrijkste doel van dit samenwerkingsverband was het ontwikkelen van standaarden voor derdegeneratienetwerken (3G-netwerken) die gebruikmaakten van de nieuwste technologieën. De daarvoor benodigde technische voorzieningen zijn in 2001 ontwikkeld in Japan en de daaruit voortvloeiende 3G-netwerken zijn voor het eerst rond 2002 in gebruik genomen in Azië, niet veel later gevolgd door de VS en Europa. Deze netwerken geven mobiele gebruikers een aanzienlijk hogere netwerksnelheid en een veel breder pakket aan mobiele diensten met geavanceerde mogelijkheden, zoals internettelefonie (Voice over IP), videoconferencing en breedband internettoegang. De meest toegepaste technologieën binnen 3G-netwerken zijn UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) en HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access). UMTS wordt daarbij gezien als de natuurlijke opvolger voor GSM en biedt aanzienlijk hogere verbindingssnelheden, tot aan 384 Kbit/s. Nog hogere snelheden worden behaald met behulp van HSDPA, en wel tot een downlink van 14 Mbit/s. Een soortgelijke verbetering van de uplink (interessant voor applicaties waarbij vooral informatie vanaf de mobiel naar het netwerk wordt verzonden, zoals bijvoorbeeld bij mobiele camera s) wordt bereikt door middel van HSUPA. Dankzij deze spectaculaire verbetering worden mobiele netwerken die gebruikmaken van HSDPA soms wel 3,5G-netwerken genoemd, tussen de derde en vierde generatie in. Inmiddels bieden alle UMTS-aanbieders in Nederland ook HSDPA aan. De term vierde generatie is al gevallen. Want ondanks de sterk verbeterde gebruiksmogelijkheden van de 3G-netwerken, is het einde van de ontwikkelingen nog niet in zicht. Voor echt breedbandige toepassingen, waarbij netwerkvertraging (latency) en bandbreedte geen enkele beperking meer mogen vormen, is de doorgroei van 3Gnaar 4G-netwerken absoluut noodzakelijk. Deze 4G-netwerken zullen het uiteindelijk mogelijk maken snelheden te bereiken van tussen de 20 en 100 Mbit/s te bereiken. In het laatste hoofdstuk van dit whitepaper schetsen we de stand van zaken rond deze 4G-netwerken. RAM Mobile Data 5 van 7 16-10-2008
Compleet dienstaanbod: 4G De term 4G wordt gebruikt als verzamelnaam voor de toekomstige generatie mobiele netwerken. Hoewel er voorlopig nog geen formele definitie bestaat en sommigen de naam vooral beschouwen als een marketinghype, is er wel overeenstemming over specificaties van een 4G-netwerk. De belangrijkste zijn: Volledig gebaseerd op IP-technologie, met de mogelijkheid tegelijkertijd voice, data en streamed multimedia te verzenden en te ontvangen. Opnieuw aanzienlijk hogere verbindingssnelheden, tussen 100 Mbit/s en 1Gbit/s. Aanzienlijk betere security-voorzieningen. Voor 4G-netwerken zijn twee technologieën met elkaar in concurrentie: WIMAX en LTE (Long Term Evolution). Mocht WIMAX de komende twee jaren op grote schaal doorbreken, dan lijkt deze technologie de belangrijkste kandidaat te zijn. Maar als deze doorbraak uitblijft, dan is de kans groot dat LTE vanaf 2010 de belangrijkste technologie zal worden. WIMAX WiMAX is absoluut geen nieuwe technologie. Iedereen in de IT-industrie praat er al jaren over, maar op de een of andere manier komt de technologie maar mondjesmaat van de grond. En als het al ergens wordt toegepast, dan is het in Japan en Korea, waarbij de VS slechts traag volgt. Telecomprovider Sprint maakte onlangs bekend de stad Washington als eerste van WiMAX te gaan voorzien. Het ligt in de verwachting dat andere steden dit voorbeeld in de loop der tijd zullen volgen. In Nederland wordt WiMAX toegepast in een aantal pilotprojecten. Vanaf de zomer van 2008 exploiteert Worldmax een commercieel WIMAX-netwerkje in Amsterdam. Maar van grootschalige netwerken is voorlopig nog absoluut geen sprake. Wat zijn de specificaties van de WIMAX-technologie? Met een theoretisch bereik tot 50 kilometer en een datasnelheid tot 70 Mbit/s (alleen op kleine afstand) overtreft WiMAX de huidige mobiele technologieën, die een aanzienlijk kleiner bereik hebben. Vanwege dit grotere bereik wordt WiMAX ook gezien als een goed alternatief of zelfs als opvolger van GSM en UMTS. In landen en gebieden met een lagere bevolkingsdichtheid wordt WiMAX daarnaast beschouwd als alternatief voor vaste breedbandverbindingen, zoals Internet via de kabel of ADSL. LTE LTE (Long Term Evolution) moet in staat geacht worden nog hogere datasnelheden te bieden dan UMTS met een kortere vertragingstijd in het netwerk. Daarbij gaat het om een piekdatasnelheid van 100 Mbit/s op de downlink en 50 Mbit/s op de uplink in een radiokanaal met een breedte van 20 MHz. Het gebruik is geoptimaliseerd voor lage verplaatsingssnelheden van de gebruiker, maar ondersteunt daarnaast beweging van de gebruiker tot snelheden van 350 km/u. RAM Mobile Data 6 van 7 16-10-2008
LTE is volledig gebaseerd op pakketschakeling voor het datatransport van alle diensten, inclusief spraak. LTE kan operationeel zijn met behulp van de reeds bestaande antennemasten van de huidige UMTS-netwerken. LTE kan daarbij zowel van bestaande GSM- en UMTS-spectrum, als ook van nieuwe frequentiebanden gebruikmaken. LTE vergroot het efficiënte gebruik van frequenties, waardoor de systeemcapaciteit toeneemt en de kosten per gigabyte zullen dalen. Dit alles maakt het mogelijk om een nog breder mobiel dienstenaanbod te realiseren. Naar verwachting zullen de eerste testen met LTE in 2009 kunnen worden uitgevoerd en kan de technologie vanaf 2010 worden ingevoerd in de huidige UMTS-netwerken. Hoe verder? Vooral telecombedrijven in de VS, waar 3G-telefonie later op gang is gekomen dan in Europa en Azië, zijn erg gecharmeerd van LTE. Zowel marktleider AT&T als Verizon Wireless heeft plannen ontvouwd om hun netwerken geschikt te maken voor LTE. In Azië investeren NTT DoCoMo en China Mobile driftig in LTE. En ook het Europese Vodafone, mede-eigenaar van Verizon Wireless, is dezelfde richting ingeslagen. Van de grootste drie telefoonbedrijven in de VS zet nu alleen Sprint zijn kaarten nog op WiMAX. Sprint is hiertoe een alliantie aangegaan met ClearWire, waarin bijvoorbeeld ook chipfabrikant Intel en mediaconcern Time Warner veel geld hebben geïnvesteerd. Samengevat, het is vooralsnog niet duidelijk welke technologie uiteindelijk aan de basis zal staan van de nieuwe 4G-netwerken. Maar één ding is volstrekt helder: ook die generatie netwerken zal niet het einde betekenen van de almaar groeiende technologische mogelijkheden. Met andere woorden: wordt vervolgd! Wilt u meer informatie? Neem dan contact op via het mail adres: pgroot@ram.nl RAM Mobile Data 7 van 7 16-10-2008