MIB30 TÁVKÖZLİ HÁLÓZATOK

Átírás

1 Távközlı hálózatok

2 MIB30 TÁVKÖZLİ HÁLÓZATOK Félév: 5 Típus: Elıadás/Labor Óraszám/hét: 4+2 Kredit: 6 Státusz: Alap szintő Elıfeltételek: MIB13 Vizsgáztatási módszer: kollokvium Írásbeli Leírás: Fizikai átvitel: vezetékes és vezeték nélküli átvitel, földi és mőholdas távközlés, optikai átvitel alapjai. A távközlı hálózatok osztályozása. Jelátviteli követelmények. Fı hálózati funkciók és megvalósításuk: tér-, frekvencia-, idö- és kódosztás. Tipikus hálózati topológiák és rendszerek. Távközlési szoftvare rendszerek. A mobil távközlés alapjai, antenna, csillapítás, többutas csatorna, GSM rendszer. Mőholdas helymeghatározás, a GPS rendszer. Oktatási segédeszközök: "TÁVKÖZLİ HÁLÓZATOK ÉS INFORMATIKAI SZOLGÁLTATÁSOK", a hirközlési és informatikai egyerület online könyve. Fıszerkesztı dr Lajta György Dr. Henk Tamás, Németh Krisztián Távközlı hálózatok BME-TMIT jegyzet

3 Követelmények Számonkérés Gyakorlati munka 30% Egyéni anyag feldolgozása 30% Törzsanyag teszt 30%

4 Egy kis technikatörténeti áttekintés Korai távközlı hálózatok Sípok, dobok már az ısemberek is (beszéd elıtt!) Futárok emberemlékezet óta. Pl.: Kr.e. 1700, Babilónia: Futár futár elé fut, és hírmondó a hírmondó elé, hogy megjelentse a babiloni királynak, hogy bevétetett az ı városa mindenfelülrıl. Jer (Károli G. ford.) Kr.e. 490: Athéniak legyızték a perzsákat (Marathón), de perzsák Athén ellen ellentámadásra készültek USA, Pony Express: Váltott lovak, 3200 km/10 nap Fény / füst / tárcsa, stb. Aiszkülosz (ókori görög drámaíró): Agamemnon (Kr.e. 1184) Trója eleste: Argosz városába Agamemnon feleségének: 600 km fáklyasor, egy éjszaka alatt átért a hír! Arab kalifátus: Kordova (Sp.o.) Észak-Afrika Bagdad ( fáklyatávíró ) Franciaország: távíró ırházak, szemaforok. 1852: 556 ırház, 4800 km hálózat, 29 nagyváros + Párizs között. Kódolt átvitel!

5 Egy kis technikatörténeti áttekintés A modern távközlési rendszerek megjelenése Samuel Finley Breeze Morse (festı): szabadalom: távíró + ABC Davis Edvin Hughes (zenetanár): 1854 távgépíró (I. vh-ban is!) Alexander Graham Bell (süketnémákat tanít): : (kézi) távbeszélıközpont. (Edison laborjában, Puskás Tivadar ötlete, közremőködése) Almon B. Strowger: automata telefonközpont Telefonhírmondó: 1893-tól (évtizedekkel a rádió elıtt) kb. 40 évig, több mint elıfizetı. Csak Magyarországon! Dr. Bartolits István (Stephanus): A távközlés regénye egy találmány, amely megrengette a világot, cikksorozat, Élet és Irodalom, XLIV évf. (2000), szám a weblapon!

6 Elsı idıszak: 1939-ig Szolgáltatások: A távközlés története Magyarországon Újdonságok néhány évvel a világon elsı bevezetés után (USA ) nálunk is: Távíró: szabadalom: 1837, USA 1844, Mo: 1846 Telefon+központ: szabadalom: , USA , Mo: 1881 (Bécsben. a Monarchia fıvárosában késıbb) hála Puskás Tivadarnak, és öccsének, Ferencnek Telefonhírmondó Pl. 1938: 10%-os telefonellátottság: megfelelt a hazai gazdasági fejlettségnek Dinamikusan fejlıdı ipar, pl.: Tungsram Standard (International Telegraph and Telephone leányvállalata) Siemens Kutatás-fejlesztés: Nemzetközi cégek anyavállalatainál

7 A távközlés története Magyarországon Második idıszak: Szolgáltatások: nagyon lassú fejlıdés Pl. 1990: 10%-os telefonellátottság, gyenge minıség Okok: Nyugat: embargó, Kelet: Vas és acél országa Ipar: fokozatos lemaradás 1990-re kb. 15 év hátrány de: ember dolgozik az iparban, pl. Orion, Videoton, BHG fıleg exportra: KGST és 3. világ, polgári és hadi Kutatás-fejlesztés Szakmai élcsapat követi a fejlıdést, de a gyártás ezt nem Távközlési Kutatási Intézetet (TKI) Számítástechnikai és Automatizálási és Kutató Intézet, SZTAKI pl. Bay Zoltán, Kozma László

8 A távközlés története Magyarországon Harmadik idıszak: 1990-tıl Szolgáltatások: Rohamos fejlıdés Pl. 2000: 40%-os telefonellátottság, jó minıség Ok: privatizáció, tıkebevonás Mobil, VoIP,... : gyors elterjedés Ipar és kutatás-fejlesztés egybefolyik A szoftverkészítésen van a hangsúly, nem a hardveren Mo-i ipar újra fejlıdésnek indul: Ericsson, Hewlett-Packard, Lucent, Motorola, Nokia, Siemens,...

9 0.5 Egy kis technikatörténeti áttekintés

10 Fejlıdés és recesszió 0.5. Egy kis technikatörténeti áttekintés (folyt.) Távközlés általában: üzleti sikertörténet De: 2000-tıl erıs visszaesés kezdıdött Okai: Általános visszaesés (recesszió). Egyszer fenn, egyszer lenn. Távközlés picit jobban lenn. Mobiltelefon iparág: kb. 10 év alatt utolérte a vezetékes távközlés szintjét, de túlbecsülték a folytatást, amikor a fejlıdés lelassult.com cégek (informatika) 2001.szept.11. (USA fıleg) UMTS (EU fıleg) (= Universal Mobile Telecommunication System, Egyetemes Mobil Távközlı Rendszer) ld. köv. dia

11 0.5. Egy kis technikatörténeti áttekintés (folyt.) Fejlıdés és recesszió UMTS: a koncessziókat árverésre bocsátották Koncesszió: piacra lépési engedély: az állami jogok, kötelezettségek vállalkozás(ok) meghatározott piaci pozíció: monopol vagy oligopol. cserébe: kötelezettségek, járadék Németország 49,7 milliárd euró*** 2.5% éves GDP Nagy-Britannia 38,2 milliárd euró 2.5% éves GDP Olaszország 12,5 milliárd euró 1.1% éves GDP ***kb. Magyarország éves GDP-je 2001-ben! Ezt a távközlési szektorból vonták el Emiatt sok országban elhalasztották az UMTS tendert Pl. Magyarországon is éveket késett Végül: T-Mobile 17 milliárd Ft, Pannon 19 mrd. Ft, Vodafone 16,5 mrd Ft. Koncesszió 15 évre, ez alatt kell a díjat befizetni szolgáltatás vége óta

12 Fejlıdés és recesszió 0.5. Egy kis technikatörténeti áttekintés (folyt.) A recesszió következményei: Jelentıs leépítések a készülékgyártóknál, kb 50%-os elbocsátások Európa elınye a mobil szektorban USA-val szemben szertefoszlik Magyarországot szerencsére nem érintette ilyen drasztikusan Ez a visszaesés körül véget ért

13 1. Távközlı hálózati architektúrák Távíró Morse, 1837 kb. 10 bit/s párhuzamos légvezeték csomópontonként újraadás (store and forward) Távgépíró Telex billentyőzet, betőnyomtatás kb. 50 b/s sodrott érpár elıször újraadás, majd: kézi v. gépi áramkörkapcsolás gépi: hívószám, hívás. Elıször: 1932 áramkörkapcsolás: elıny: gyorsabb, párbeszéd lehetséges hátrány: átviteli utak rosszabb kihasználtsága, hívástorlódás minıség vs. kihasználtság elve

14 Távközlı hálózati architektúrák Távbeszélı / Telefon Bell, 1876 Elemei: végberendezések áramkörkapcsolók nyalábolók + ezek közti összeköttetések. Együtt: átviteli utak analóg -- digitális

15 Analóg telefonhálózatok Távközlı hálózati architektúrák végberendezés: hanghullám elektromos jel kapcsolóközpont: elektromechanikus átviteli utak: FDM (Frequency Division Multiplexing, frekvenciaosztásos nyalábolás, ld. Számítógép-hálózatok tárgy) Milyen széles legyen egy beszédcsatorna? Emberi fül kb. 20 Hz khz-t hall meg Ebbıl a beszédjel maximuma 6-7 khz De: cél pusztán az érthetıség (és a gazdaságosság!) Ehhez elég a 0,3 -- 3,4 khz-es sáv 3,1 khz + védısáv = 4 khz lesz egy beszédcsatorna

16 FDM Távközlı hálózati architektúrák a nyalábolás hierarchikusan történik pl beszédcsatornához 40 MHz kellene, de a hierarchia miatt további védısávok szükségesek így a sávszélesség kb. 60 MHz lesz ez átvihetı egyetlen koaxiális kábelen, vagy földfelszíni rádiós átvitellel Ez valós áramkörkapcsolás (a nyalábolás ellenére): olyan mintha egy 4 khz sávszélességő vezetékpár állna rendelkezésünkre FDM: fejlett országokban már nem használják. Hazánkban kb ig volt

17 Digitális telefonhálózatok Távközlı hálózati architektúrák elıször az átviteli utakat digitalizálták (USA, 1960-as, 70-es évek) utána hamarosan a központokat is a (vezetékes hálózati) végberendezések nagy része ma is analóg! ami nem, az ISDN, ld. nemsokára helyi kapcsolóközpontban történik meg az A/D--D/A átalakítás átviteli utak: TDM (Time Division Multiplexing, idıosztásos nyalábolás) rendszerek általános célú digitális átviteli hálózatok, nem csak telefonhálózatok jeleire pl. PDH, SDH: lásd majd a 4. fejezetben kapcsolás: 5. fejezetben visszatérünk rá

18 PCM (Pulse Code Modulation, impulzuskód-moduláció) egy fajta kodek A/D átalakítás (kódolás): analóg, folytonos idej ő jel analóg, folytonos idejő, sávhatárolt jel Kitérı: PCM mintavevı analóg, diszkrét idej ő jel diszkrét idejő, diszkrét értékkészlető jel (digitális jel) sávszőrı 0,3... 3,4 khz órajel 8 khz kvantáló kvantálás: logaritmikus karakterisztikával (az emberi fül is ilyen) USA: µ törvényő kvantáló (µ-law) Európa: A törvényő kvantáló (A-law) hasonló, de nem kompatibilis, átkódolás kell 8 khz mintavétel, 8 bitre kvantálás: 64 kb/s vannak újabb, sok szempontból jobb kodekek ld. majd: 8. fejezet

19 Kitérı: PCM PCM dekódolás: digitális jel D/A átalakító ( kvantáló inverz karakterisztikája) órajel 8 khz analóg jel sávszőrı 0,3... 3,4 khz analóg, sávhatárolt jel

20 Digitális telefónia Ez is valós áramkörkapcsolás TDM ellenére olyan, mintha egy fix 64 kb/s csatornánk lenne Mekkora (analóg) sávszélességet igényel ennek az átvitele? Távközlı hálózatokban, hosszú távú átvitelnél egy ökölszabály, hogy 1 b/s 1Hz. S Kivételek persze vannak. C = B log Pl. 2( 1beszédsávi + ) N modem kb 30 kb/s 3,1 khz-en. Függ a modulációtól, jel/zaj viszonytól (ld. Shannon törv., alább). Ezek praktikus értékeire igaz a fenti közelítés. Shannon törvénye: C: csatornakapacitás (b/s), B: csatorna sávszélessége (Hz), S, N: jel, zaj teljesítmény Azaz 64 kb/s 64 khz

21 Analóg vs. digitális telefónia Analóg: 4 khz. Digitális: 64 khz. Akkor miért digitálisat?! Mert: megvalósítása egyszerőbb és megbízhatóbb napjainkban már olcsóbb a jel/zaj viszony független a hálózat méretétıl (igaz, a bithibaarány függ) a digitális berendezések gyártása nem igényel egyenkénti beállítást kisebb helyigény alacsonyabb tápigény magasabb fokú hálózati intelligencia valósítható meg sokkal kifinomultabb jelzésátvitel lehetséges adat és beszédjelek egységesen kezelhetıek egyszerőbb a karbantartás kapcsolás megvalósítható mozgó alkatrészek nélkül ráadásul: újabb kodekek: kisebb sávszélesség Emiatt a központok, az átvitel a fejlettebb országokban tisztán digitális

22 Analóg vs. digitális telefónia De: a vezetékes végberendezések javarészt analógok a minıség megfelelı kevesen fizetnek a plusz funkciókért ezek nagy része ráadásul már elérhetı analóg végberendezéssel: digitális kiegészítések: hívószámkijelzés, SMS intelligencia a központban, nem a készülékben!

23 teljes háló Távbeszélı hálózatok topológiai áttekintése Nyilvános kapcsolt távbeszélı hálózat topológiája fa 8 Mb/s 34 Mb/s 64 kb/s 140 Mb/s : alternatív v. haránt összeköttetés szekunder központok primer központok helyi központok elıfizetık A feltüntetett sebességértékek csak példák, ettıl eltérı megvalósítás is elképzelhetı gerincháló. hozzáférıi h. (az elsı központig) törzshálózat

24 Példa földrajzi topológia (pont-pont kapcsolatokkal) szekunder központok primer központ helyi központ primer körzet: saját körzetszám : alternatív v. haránt összeköttetés

25 Nagyvárosi topológia (pont-pont kapcs.) 140 Mb/s 34 Mb/s : alternatív v. haránt összeköttetés 8 Mb/s Pl. Budapesti topológia: kb. 30 helyi központ 2 tandem központ kettıs csillag + győrő pont-pont összeköttetésekbıl + haránt összeköttetések A tandem központok: logikailag a helyi központok hierarchiaszintjén vannak Bp.: Városmajor, Angyalföld (ezekben van: helyi központ, tandem központ) Speciális helyzet: a helyi központok és a két tandem központ egy primer körzet (külön primer központ nélkül)

26 Országos és nagyvárosi topológia együtt a két budapesti szekunder központ mellett van egy-egy nemzetközi kp. is Kelenföld, Józsefváros (ezekben van: helyi központ, szekunder központ, nemzetközi központ) a közös topológia (kicsit leegyszerősítve): n.k. n.k. n.k. = nemzetközi

27 Közcélú távbeszélı központok Magyarországon 2 nemzetközi központ 2 tandem központ 10 szekunder (5+5 a Duna két oldalán) központ 54 primer központ kb. 400 helyi központ kb kihelyezett fokozat

28 Magyarországi topológia (T-Com, régi, nem teljes) 28 28

29 7. Mobil távközlı rendszerek Földfelszíni mobil számítógép-hálózatok Mőholdas mobil információközlı hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Elsı generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Mobil, zárt célú hálózatok

30 Földfelszíni mobil TH-k Cellás elv: frekvenciatartomány felosztva pl. hét részre cellás lefedés az ábra szerint azonos frekv.: két cella távolság, így nincs interferencia ez csak az elv, a gyakorlatban a cellák nem pont ilyenek! (pl. bázisállomás a cella sarkában ) Cellaméret? Kisebb cellák elınye: kis adóteljesítmény elég kisebb élettani kockázat kisebb fogyasztás nagyobb forgalom bonyolítható adott területen (nagyobb forgalomsőrőség) Kisebb cellák hátrányai: sok bázisállomás kell költséges csúnya : bázisállomás lefedett terület

31 7. Mobil távközlı rendszerek Földfelszíni mobil számítógép-hálózatok Mőholdas mobil információközlı hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Elsı generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Mobil, zárt célú hálózatok

32 1G rendszerek 1G: elsı generációs mobil távbeszélı rendszerek 1970-es évek vége, 1980-as évek eleje Analóg rendszerek Sok, egymással nem kompatibilis hálózat Pl.: NMT (Nordic Mobile Telephone System, északi mobil távközlı rendszer) Skandináviában 1981-tıl Hazánkban 1990-tıl június 30-ig (Westel 0660) Jellemzıen 450 Mhz körüli frekvenciasáv Viszonylag nagy, km átmérıjő cellák Gyenge beszédátviteli minıség, kevés szolgáltatásfajta További példák 1G rendszerekre: USA: Advanced Mobile Phone Service (AMPS), GB: Total Access Communication System (TACS) Németo: B-Network (C450)

33 7. Mobil távközlı rendszerek Földfelszíni mobil számítógép-hálózatok Mőholdas mobil információközlı hálózatok Mobiltelefon-hálózatok áttekintése Elsı generációs mobiltelefon-hálózatok GSM (2G) UMTS (3G) Mobil, zárt célú hálózatok

34 2G rendszerek 2G: második generációs mobil távb. rendszerek 1990-es évek elejétıl Digitális rendszerek Legelterjedtebb az európai tervezéső GSM Persze vannak más 2G rendszerek is (pl.: USA D- AMPS: Digital AMPS) GSM (eredetileg: Groupe Spéciale Mobile, késıbb: Global System for Mobile Telecommunication, világmérető mobil távközlı rendszer) április: 209 országban van GSM szolgáltatás, 784 szolgáltatóval A Földön kb 1,5. milliárd mobil elıfizetı (2004. márc.), ebbıl kb. 1 milliárd GSM elıfizetı

35 Elterjedt, mert: GSM a kutatás-fejlesztés kellı idıben, gyorsan (4 év) történt nyílt, továbbfejleszthetı szabvány egységes, átjárható rendszer (roaming) A SIM kártya koncepció vonzó (elıfizetı adatai készülékfüggetlenek) hívó fél fizet csak (USA-ban ez nem így volt) elıre fizetés (pre-payed) lehetısége nagyon népszerővé tette Inkrementális fejlesztés: elsı fázis (1991) beszédátvitel, SIM koncepció, SMS, nemzetközi barangolás (roaming), beszéd titkosítása, 9,6 kbps adatátvitel második fázis (1995) visszafelé kompatibilitás elve, hívószámkijelzés, hívástartás, hívásvárakoztatás, konferenciabeszélgetés, félsebességő kodek, stb. 2+ fázis (1998) fılag az adatátvitel továbbfejlesztése (HSCSD, EDGE, GPRS), push-to-talk, virtuális magánhálózatok, SIM továbbfejlesztése, javított teljes sebességő kodek, stb.

36 Digitális átvitel: GSM beszédkodek a végberendezésben integrált szolgáltatású hálózat: adatátvitel, beszédátvitel egyaránt lehetséges Sugárzási teljesítmény: max 2W, adaptív: a minimális szükségessel ad a végberendezés telep kímélése élettani kockázat minimalizálása ne zavarjon más cellákat Cella átmérıje: 0,5 35 km tervezıi döntés az adott tartományon belül függ a frekvenciától, forgalomsőrőségtıl, terjedési viszonyoktól

37 GSM Rádiós közeghozzáférés: FDMA+TDMA (Frequency/Time Division Multiple Access, frekvencia-/idıosztásos többszörös hozzáférés) GSM 900 (Primary-GSM, P-GSM) mobil adó: Mhz, bázisállomás Mhz e tartományban kisebb frekvencia kisebb csillapítást szenved, így kisebb teljesítményt igényel, ezért a mobil adóé az alsó sáv 25 MHz-es sáv, egy vivı 200 khz: 124 vivı (FDMA) ezen az összes helyi szolgáltató osztozik hazánkban kb. 40 frekvencia/szolgáltató e sávban vivınként 8 db idırés (TDMA) 40*8/10 32 csatorna / cella 10: ennyi féle frekvenciakiosztású cella van (az harmadik fólián mutatott 7-nél reálisabb) Half Rate kódolással dupla ennyi max 35 km. cellaátmérı: a 900 MHz körüli hullámok valamelyest követik a földfelszínt emiatt országos lefedésre alkalmas a technológia

38 GSM 1800 GSM mobil adó: MHz, bázisállomás: Mhz 75 MHz-es sáv (háromszoros kapacitás) de: rosszabb a hullámterjedése egyenesen terjed gyorsan csillapodik emiatt országos lefedésre nem, csak nagy forgalmú kis területek ellátására alkalmas van még: Extended-GSM 900, E-GSM: +10 MHz irányonként: +50 vivı R-GSM: Railways GSM: / Mhz GSM 1900: / MHZ (USA) GSM 850: / MHz (USA) kétnormás készülékek, automatikusan váltanak frekvenciatartományt sıt, vannak háromnormás (900/1800/1900) és négynormás (850/900/1800/1900) készülékek is

39 GSM átadás GSM: valós áramkörkapcsolás Ha a mobil végberendezés átmegy egy másik cellába: átadás (handover v. handoff) történik eközben nem szakad meg a kapcsolat ez elvileg történhet: a mobil végberendezés irányításával: méri, mikor erısebb egy másik cella jele a hálózat irányításával: az dönt a jelerısség és esetleg más információk (pl. cella terheltsége) alapján a hálózat irányításával, a mobil készülék segítségével: a hálózat megkéri a végberendezést, hogy küldjön jelerısségi információt, de a döntést a hálózat hozza ez van a GSM-ben

40 GSM hálózatok felépítése (Túl)egyszerősített ábra: mobil kapcsolóközpont (Mobile Switching Center, MSC) MSC MSC vezetékes v. mikrohullámú pont-pont kapcsolat bázisállomás (Base Station, BS) mobil állomás (Mobile Station, MS)

41 GSM hálózatok felépítése Részletesebben: HLR VLR AuC MSC MSC NSS NSS: hálózati alrendszer (Network Subsystem) MSC: mobil kapcsolóközpont (Mobile Switching Center) HLR: honos helyregiszter (Home Location Register) VLR: látógatói helyregiszter (Visitor Location Register) AuC: hitelesítı központ (Authentication Center) BSS BTS BSC BTS BSS: bázisállomás-alrendszer (Base Station Subsystem) BSC: bázisállomás-vezérlı (Base Station Controller) BTS: bázisállomás (Base Transciever Station) mobil állomás ME SIM rádiós interfész mobil berendezés (Mobile Equipment, ME) elıfizetıi azonosító modul (Subscr. Identity Module, SIM)

42 Bázisállomás (BTS) Bázisállomás-alrendszer egy vagy több elemi adó/vevı (elementary transimtter/receiver) Átkódoló és sebességillesztı egység (Transcode/Rate adapter Unit, TRAU) 13 (5,6) kb/s FR, HR, EFR kodek 64 kb/s PCM Full Rate (teljes sebességő), Half Rate (fél seb.), Enhanced Full Rate (javított teljes seb.) Adatátvitelnél is sebesség illesztés: kisebb sebességek (pl kb/s) 64 kb/s (a felesleges bitek beékelése/kiiktatása) Bázisállomás-vezérlı (BSC) egy vagy több bázisállomást vezérel kapcsolás rádiócsatorna-hozzárendelés hívásátadás-vezérlés

43 Hálózati alrendszer Mobil kapcsolóközpont (MSC) egy hagyományos kapcsolóközpont mobil-specifikus bıvítésekkel autentikáció helyzetnyilvántartás hívásátadás BSC-k között barangolás stb. Honos helyregiszter (HLR) elıfizetıre vonatkozó adatok, szolgáltatási jogosultságok, aktuális tartózkodási hely egy HLR hálózatonként Látogatói regiszter Elvileg földrajzi területenként (location area) egy-egy Gyakorlatilag az MSC-vel egybeépítve: egy MSC körzete egy földrajzi terület A HLR információinak egy részét tárolja ideiglenesen (ami a hívásfelépítéshez szükséges) az ott tartozkodó mobil állomásokról AuC: hitelesítı központ (Authentication Center)

44 GSM szolgáltatások 1 Beszédátvitel kodek sebessége 13 kb/s (késıbb: 5,6 kb/s) kompromisszum: viszonylag gyenge hangminıség, jobb frekvenciakihasználtság SMS (Short Message Service, rövid szöveges üzenet szolgáltatás) 160 karakter max. Adatátvitel alapesetben 9,6 kb/s, késıbb 14,4 kb/s HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, nagy sebességő áramkörkapcsolt adatátvitel) adatátvitel továbbfejlesztése: több 14,4 kb/s csatorna összefogása elvileg max 8 gyakorlatilag max 4, hogy beférjen egy 64 kb/s csatornába (PDH) 43,2, 57,6 kb/s a tipikus sebességértékek áramkörkapcsolt, 4 csatorna egyszerre: drága!

45 GSM szolgáltatások 2 EMS (Enhanced Messaging Service, kibıvített üzenetküldı szolgáltatás) egyszerőbb képüzenetek is MMS (Multimedia Messaging Service, multimédia üzenetküldı szolgáltatás) multimédia üzenet: kép, írott szöveg, hang együtt 2002-tıl elérhetı szolgáltatás WAP (Wireless Application Protocol, vezetéknélküli alkalmazás protokoll) leegyszerősített Web-szerő alkalmazás Helymeghatározás viszonylag pontatlan, de pl. meg lehet segítségével mondani, hogy hol van a felhasználóhoz közel egy bankautomata

46 GSM/GPRS GPRS (General Packet Radio Service, általános csomag alapú rádiós szolgáltatás) óta elérhetı szolgáltatás csomagkapcsolt adatátvitel, a GSM kiegészítése elıny: jobb kihasználtság fizetés kilobájt alapon, nem perc szerint sebesség kezdetben max. 56 kb/s elvi max: 8 x 20 = 160 kb/s tipikusan kb/s lefele, kb/s felfele felfele kevesebb csatornát használnak felhasználási lehetıség ma: WAP elérés Internet elérés komoly hálózatfejlesztést igényel (ld. majd az UMTS-nél)

47 GSM/EDGE EDGE (Enhanced Data Rate for Global/GSM Evolution, kb. továbbfejlesztett adatsebesség a globális/gsm fejlıdésért no comment...) 2003-tól használható az áramkörkapcsolt adatátvitel gyorsítására: Enhanced Circuit Switched Data (ECSD) illetve a csomagkapcsolt adatátvitel gyorsítására: Enhanced GPRS (EGPRS) javított modulációs eljárás eredetileg 1 bit/szimbólum volt (Gaussian minimum shift keying, GMSK) EDGE: 8PSK, 3 bit/szimbólum háromszoros adatátviteli sebesség de ezért rosszabb jel/zaj viszony csak a bázisállomás közelében használható, nem a teljes cellában kisebb mértékő hálózatfejlesztést igényel: EDGE-képes kártya a bázisállomásra + BSC szoftverfrissítés

48 EDGE modulációk Az ábra 1 idırésre vonatkozik Elvileg max 8 idırés fogható össze Egy mai mobil végberendezés felfele irányban 1-4, lefele 1-5 idırést tud összefogni (egy adott eszköz lefele tipikusan többet, mint felfele)

49 UMTS UMTS: Universal Mobile Telecommunication System, Egyetemes mobil távközlési rendszer Cél egy valóban univerzális 3G rendszer volt 1G rendszerek: önmagukkal sem kompatibilisek 2G: még mindig több, egymással inkompatibilis rendszer Ez sem sikerült maradéktalanul... ITU: IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) szabvány UMTS (Eu) FOMA: Freedom of Mobile Multimedia Access (Japán) UMTS kompatibilis CDMA2000: Code Division Multiple Access (US) UMTS-nek is vannak alverziói: 3GPP szabványosítja 3GPP: 3rd Generation Partnership Project, 3G partnerségi projekt

50 Egy kis ismétlés UMTS: a koncessziókat árverésre bocsátották Koncesszió: piacra lépési engedély: az állami jogok, kötelezettségek vállalkozás(ok) meghatározott piaci pozíció: monopol vagy oligopol. cserébe: kötelezettségek, járadék Németország 49,7 milliárd euró*** 2.5% éves GDP Nagy-Britannia 38,2 milliárd euró 2.5% éves GDP Olaszország 12,5 milliárd euró 1.1% éves GDP ***kb. Magyarország éves GDP-je 2001-ben! Ezt a távközlési szektorból vonták el Emiatt sok országban elhalasztották az UMTS tendert Pl. Magyarországon is éveket késett Végül: T-Mobile 17 milliárd Ft, Pannon 19 mrd. Ft, Vodafone 16,5 mrd Ft. Koncesszió 15 évre, ez alatt kell a díjat befizetni szolgáltatás vége óta

51 3G célok: UMTS szolgáltatások -- 1 jobb beszédhangminıség (PSTN-t elérı) jobb spektrumkihasználtság (földi, mőholdas is) nagyobb adatátviteli sebesség 2G kompatibilitás Szolgáltatástípusok: Távszolgáltatás (teleservice) fontos a végberendezés/alkalmazás az adat újraformázható, amíg az alkalmazást ez nem zavarja Hordozó szolgáltatás (bearer service) átlátszó átviteli szolgáltatás az adatot nem változtathatja meg a hálózat az alkalmazás nem része a hálózatnak

52 UMTS szolgáltatások -- 2 UMTS távszolgáltatás beszédátvitel: Adaptive MultiRate (AMR) kodek: ld. késıbb 4, ,2 kb/s Internet elérés városban tipikus max. 384 kb/s, 120 km/h-s sebességig vidéken tipikus max. 144 kb/s, 500 km/h-s sebességig helyi rendszerben max 2 Mb/s, 10 km/h-s sebességig Multimedia szolgáltatások Multisession is, azaz egyszerre mehet pl. hang és adatátvitel Interaktív szolg. beszélgetés jellegő» videotelefon, videokonferencia üzenet jellegő» MMS letöltés jellegő» multimédia adatok letöltése: pl. video-on-demand Elosztó (broadcast) szolgáltatások TV, rádió

53 UMTS távszolgáltatás értéknövelt szolgáltatások chat helyhez kötött szolgáltatások játékok UMTS szolgáltatások -- 3 pl. hol a barátnım?, hol vagyok én?!, térkép, bankautomata, kocsma, segélyhívás, helytıl függı számlázás (!) zene letöltés csengıdallam, stb. UMTS hordozó szolgáltatás adatátvitel pont-pont pont-többpont multicast, broadcast adatsebességek mint az Internet-elérésnél QoS: valós idejő alkalmazásokhoz: ms késleltetés, BER nem valós idejő alkalmazásokhoz: >150 ms késleltetés, BER

54 UMTS távszolgáltatás Ma Magyarországon: UMTS szolgáltatások -- 4 hangátvitel, adatátvitel, videotelefon, zene letöltés TV nézés pl. Magyar Televízió, Duna Tv, Echo Tv, Hír Tv, ATV Rádió hallgatás Petıfi, Sláger, Danubius, Gazdasági Rádió, Klubrádió, Kossuth Forgalomfigyelı kamerák Astoria, Fıvám tér, Podmaniczky utca, Gellért tér, Kosztolányi Dezsı tér, Margit krt., Roosevelt tér, Csepel Hungarorama (kamerák több városban) Videók Budapest, Esztergom, Visegrád, Siófok, Gyır, Sárvár, Veszprém, Lillafüred, Balatonfüred Kell a killer application!!!

55 MHz felfele MHz lefele Rádiós közeg ebbıl mőholdnak fenntartva: MHz fel, MHz le Késıbb ehhez jöhet: MHz (GSM is ebben) MHz (GSM1800 is ebben) MHz Persze ez sem problémamentes. Frekvenciaütközés: EU: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications -- digitálisan feljavított zsinórnélküli távközlés) US: PCS (Personal Communications Service, személyi kommunikációs szolgáltatás), helyi mobil rendszer)

56 Kódosztás -- 1 CDMA, Code Division Multiple Access, kódosztásos többszörös hozzáférés Ugyanaz a frekvencia, ugyanaz az idı, más kód példa: soknyelvő reptéri váró Minden jel szétkenve a teljes spektrumra, de kis teljesítménnyel P e helyett ez f

57 Kódosztás -- 2 Mőködés: a digitális jelet összeszorozzuk egy ún. szórókóddal (spreading code), és ezt sugározzuk ki a szorzás pontosabban: NOT(XOR(bit1,bit2)) a kisugárzott jel hozzáadódik a többi adó által kisugárzotthoz A szórókód bitsebességge (chiprate) sokkal nagyobb (kb. 100x) A szórókódok ortogonálisak, azaz egy bitidıre átlagolva két szórókód szorzatát nullát kapunk

58 Kicsit részletesebben: Kódolás Kódosztás -- 3 STEP 1. A szórókódot és az elkódolni kívánt adatot is reprezentáljuk a következıképp: Vegyük észre: ekkor NOT(XOR(a,b)) valójában a*b, azaz szorzás 1*1=1, 1*-1=-1, -1*1=-1, -1*-1=1 STEP 2. Végezzük el a szórókód összeszorzását a küldendı adattal a szórókód összes bitjét szorozzuk az adat egy adott bitjével, így jelentısen megnı a jelsebesség STEP 3. Sugározzuk ki az így kapott jelet Dekódolás Modellünkben egyszerően adjuk össze az összes így kapott jelet STEP 1. A vett jelet (a kódolás STEP 3 összege) szorozzuk meg az adó szórókódjának a bitjeivel sorban. Ahány bitet kívánunk venni, annyiszor ismételjük ezt meg STEP 2. Az így kapott értékeket átlagoljuk bitidıkre STEP 3. Ha az átlag 1: a küldött bit 1. Ha az átlag -1: a küldött bit 0 STEP 4. Ismételjük meg mindezt az összes vevıre

59 A kódolás szemléltetése: Kódosztás -- 3 nem szerepel az ábrán a többi jellel való összegzés

60 A dekódolás szemléltetése: Kódosztás -- 4 az ábra nem egy összegzett jel dekódolását mutatja sajnos, hanem a küldött jel vételét, és egy másik jel vételét külön-külön de szemlélteti, hogy az ortogonalitás miatt a többi adó jele nem zavar (az ábrán csak kvázi-ortogonalitás van, így az így kapott bitidı átlaga nem teljesen 0)

61 Nézzünk egy példát! Kódosztás -- 5 vigyük át az (1, 0) és az (1, 1) jeleket az (1, 1, 0, 0), ill. (1, 0, 0, 1) szórókódokat használva Kódolás: STEP 1. Az átviendı jel legyen A: (1, -1) B: (1, 1) STEP 1. A két szórókód legyen A: (1, 1, -1, -1) B: (1, -1, -1, 1) STEP 2. Az elküldendı jelek: A: 1,1,-1,-1,-1,-1,1,1 B: 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1 STEP 3.Ezek összege: Dekódolás STEP 1. A szorzat: A: 2, 0, 2, 0, 0, -2, 0, -2 B: 2, 0, 2, 0, 0, 2, 0, 2 STEP 2. Az átlagok: A: 1, -1 B: 1, 1 STEP 3: A vett jel: A: 1, 0 B: 1, 1 Megj: mindez azért sikerülhetett, mert a szórókódok valóban 2, 0, -2, 0, 0, -2, 0, 2 ortogonálisak, azaz a kettı szorzatának az átlaga nulla: A szorzat: 1, -1, 1, -1 Az átlag: 0

62 Az UMTS hálózat CS RNS VLR MSC GMSC Node B RNC HLR USIM UE Node B PS UE: User Equipment USIM: UMTS SIM Node B Node B: mint a bázisállomás GSM-ben RNC: Radio Network Controller, Rádiós hálózati vezérlı (mint a bázisállomás-vezérlı GSM-ben) RNS: Radio Network Subsystem, Rádiós hálózati alrendszer MSC, HLR, VLR: mint GSM-ben GMSC: Gateway MSC: MSC és egyben átjáró más hálózatok felé (pl. ISDN) CS: Ciruict Switched, áramkörkapcsolt alrendszer SGSN: Serving GPRS Support Node, csomagkapcsolást végez GGSN: Gateway GPRS Support Node, csomagkapcsolást végez és egyben átjáró más hálózatok felé (pl. Internet) PS: Packet Switched, csomagkapcsolt alrendszer RNC SGSN GGSN

63 Duplexitás kezelés UMTS-ben Feladat: fel- és lefele irányú adatok elkülönítése Alkalmazott lehetséges megoldások: idıben frekvenciában Mindkettıt használják UMTS-ben (de nem egyszerre) FDD: Frequency Division Duplexing nagyobb frekvencia a lefele irányban (nagyobb csillapítás nagyobb teljesítmény kell) TDD: Time Division Duplexing elınye: a fel/letöltés aránya dinamikusan változtatható az aktuális igények függvényében

64 Hívásátadás áramkörkapcsolt esetben GSM: kemény hívásátadás (hard handover) egyik pillanatban egyik bázisállomással kommunikál a mobil állomás, kisvártatva a másikkal az átadás olyan gyors, amilyen gyors csak lehet cellaváltás hiszterézissel: egy határon tévelygı mobil esetében se legyen sok felesleges átadás UMTS: puha átadás (soft handover) egyszerre több bázisállomással tart fenn kapcsolatot max. 3-mal egy idıben a le irányú adatot minden bázisállomás sugározza (ugyanazt), a mobil így többsször is megkapja az egyik adótól érkezett és esetlegesen elveszett információ így más forrásból pótolható a fel irányú adatot minden bázisállomás veszi (ugyanazt) a hálózat összerakja a különbözı bázisok által vett adatot, így egy esetleges adatvesztés az egyik cellában könnyen korrigálható a többiben vett adatokkal ez az állapot viszonylag sokáig is tarthat

65 UMTS puha átadás Azért is fontos a redundancia, mert épp a cella legszélén vagyunk, ilyenkor a legrosszabb a vétel igaz, ez némi sávszélesség-pazarlással jár (redundáns adás) Mindezt a kódosztás teszi lehetıvé: azonos frekvencia szomszédos cellákban

66 UMTS átadási típusok Node B Node B RNC 3G MSC 1. Node B-n belül, szektorok (cellák) között (intra-node B) puha vagy kemény 4 Node B RNC RNC 3G MSC 2. Inter-Node B, Intra-RNC 3. Inter-RNC, Intra-MSC 4. Inter-MSC csak kemény 5 Node B 5. 3G 2G (2G 3G nem olyan kritikus) BSC 2G MSC BTS

67 UMTS teljesítményszabályozás Nem tökéletes az alkalmazott kód ortogonalitása Emiatt más egy adott mobil eszköz jelét figyelve a bázisállomáson a többi mobil jele zajként jelentkezik (lefele irányban nincs ilyen gond, hiszen abban a frekiben/idıben csak a Node B ad) Ezért az kell, hogy minden mobil jele kb. egyforma teljesítménnyel érkezzen a Node B-hez különben az erısebb jel elnyomja az összes gyengébbet Megoldás: Node B felszólítja a mobil eszközt a teljesítmény növelésére/csökkentésére 1500/sec gyakorisággal! Különben pl. egy épület mögül elıbukkanó, eddig erısen adó eszköz tönkretenné az egész cella kommunikációját GSM-ben is van ilyen: telep kímélésére, élettani kockázat csökkentésére más, távoli de azonos frekin üzemelı cellákkal való interferencia elkerülésére 2/sec gyakorisággal (!)

68 UMTS cellalégzés Több felhasználó egy cellában nagyobb háttérzaj kisebb cella használható csak effektíven a távol lévı állomások kirekesztıdnek a cella mérete változik a forgalomtól függıen a cella lélegzik megnehezíti a cellatervezést

69 A jövı: teljesen IP alapú UMTS gerinch. Jelenlegi UMTS gerinc: ATM Jövı: All IP core network: HSS Internet UE Node B SGSN GGSN MGW PSTN/ISDN R-SGW Teljesen IP alapú mobil h. GGSN Nem teljesen IP alapú mobil h. HSS: Home Subscriber Server (honos elıfizetıi szerver): HLR, VLR, stb. együtt R-SGW: Roaming-Signalling Gateway, barangolás-jelzés átjáró MGW: Media Gateway, médiaátjáró IP gerinc elınyei: több szolgáltatás rugalmasabb olcsóbb IP gerinc hátrányai: újabb konverzió szükséges megbízhatóság még nem magától értetıdı

70 Mobil, zárt célú hálózatok 1 Készenléti szolgálatok részére: tőzoltók, rendırség, mentık, katasztrófavédelem, stb. (Részben professzionális polgári alkalmazások, pl. szállítmányozás) Megnövelt igények a GSM-mel szemben: kisebb hívásblokkolás hívás prioritások (sürgıs hívások) diszpécserszolgáltatás csoporthívás (automatikus fogadás és kihangosítás) nagy megbízhatóság nagy adatbiztonság

71 Megoldások: Mobil, zárt célú hálózatok 2 GSM PRO (Professional): az Ericsson fejlesztése: GSM-bıl kiemelt csatornákon mőködik. Magyarországon a T-Mobile fıleg szállítmányozóknak kínálja TETRAPOL (pol=police): Elıször a francia rendırségen vezették be, Alcatel fejlesztés TETRA (Terrestrial Enchanced Trunked Radio, földfelszíni emelt szintő trönkölt rádió): a Motorola és a Nokia megoldása. Ez bizonyult a legjobbnak MHz évekig vita tárgya volt a magyarországi bevezetése okt. 17. Az Egységes Digitális Rádiótávközlı Rendszer (EDR) tendert megnyeri a T-Com/T-Mobile (+EADS Secure Networks, Nokia Tetra jogutódja)

72 VoIP bevezetés

73 Hogyan került a hang az IP-re? VoIP = Voice over IP, beszédátvitel IP felett Mindent elsöprı tendencia! Beszédátvitel: PSTN ISDN ATM... nem jött be Mobil rendszerek IP (=VoIP)

74 Alapötlet: felesleges két hálózatot fenntartani Miért jó a VoIP? A beszédforgalom IP szemmel nézve nagyon kis sávszélességő kb/s egy beszédcsatorna vs. 1-3 Mb/s ADSL 140 Mb/s gerinchálózat A lakásban/irodában is kevesebb lesz a vezeték Csökkenthetıek a költségek Nem csak hangátvitel, hanem integrált adat-, képátvitel is pl. URL küldése beszélgetés közben, annak megtekintése web alapú telefonkönyv 34 MB/s 8 MB/s 64 kb/s 140 Mb/s szekunder közp. primer közp. helyi közp. elıfizetık

75 A VoIP veszélyei A PSTN/ISDN/mobil hálózatok bombabiztosra vannak tevezve Magas rendelkezésre állás Nagy megbízhatóságú eszközök Tartalékolás Alaposan tesztelt protokollok Zárt hálózat (betörésvédelem) Sok-sok-sok év tapasztalata Garantált szolgáltatásminıség hála az áramkörkapcsolásnak Többletszolgáltatások Pl. a segélyhívásnak egy száma van, de mindig a helyi központba fut be a hívás VoIP-nál mindez kérdéses!

76 0,99999 rendelkezésre állás 20 évente 1 óra leállás!! (az egész központra, kisebb részegységekre nagyobb hiabarány engedélyezett) A megvalósítás eszközei: mőködı hardver melegtartalékolás csak egy hiba kivédésére jó részegységenkénti tartalékolás szinkron üzemmódú tartalékolás, vagy terhelésmegosztásos tartalékolás» hiba esetén kisebb teljesítménnyel, de mőködik + logika, ami (jól) detektálja a hibát, és átkapcsol hidegtartalékolás kevésbé kritikus elemeknél tápellátás folyamatossága Kitérı: Távbeszélı hálózatok megbízhatósága betáplálás több úton akkumulátorok (~3-4 óra) generátorok (teherautóra szerelt is) -- csak a dízelolaj mennyisége korlátozza az üzemidıt végberendezés: távtáplálás (mobil nem...)

77 Kitérı: Távbeszélı hálózatok megbízhatósága 0,99999 rendelkezésre állás A megvalósítás eszközei: mőködı hardver tápellátás folyamatossága mőködı szoftver hibamentes együttmőködı különbözı gyártók esetén lásd pl. a 4. fejezetet: Távközlési protokollok igenis lehet komplex rendszerek esetén is (majdnem) hibamentes kódot írni!! megbízható architektúra e célra tervezték alaposan tesztelt, évek során finomított külsı támadás lehetısége minimális VoIP-nál is szükséges ez!

78 Kitérı: Távbeszélı hálózatok megbízhatósága Valóban mőködı rendszer! Ritka kivételek: Magyarország, december. Hirtelen havazás, GSM hálózatok rövid idıre összeomlanak. (Szilveszterkor nem omlanak össze a rendszerek, csak átmenetileg túlterhelıdnek) AT&T jan. 15. SS7 szoftver downgrade segített -- egy fél nap után

79 VoIP jövı Egyértelmő minden téren a VoIP térhódítása már az új 3G hálózatok is IP alapúak a PSTN/ISDN gerinchálzatok szintúgy gyakran IP alapúak sok vállalati rendszert lecseréltek teljesen VoIP-ra sok magán elıfizetı is a VoIP-ot választotta Akkor lesz igazi mőszaki értelemben vett siker, ha sikerül mindkét világból (internet, telefon) a pozitívumokat átmenteni

80 VoIP architektúrák Elsı ránézésre alkalmazási rétegbeli probléma Valamilyen szinten igaz. Azonban: célprotokollok különbözı szinteken: adatátvitel, kapcsolatfelépítés célhardverek végberendezések, hálózati csomópontok

81 VoIP architektúrák IP feletti beszédátvitel. De mennyire IP? 1. alig pl. két tel. központ összekötése egy IP trönkkel (trönk = kapcsolóközpontok közötti nyalábolt átviteli út) 2. jobban PSTN végberendezések IP eszközökhöz csatlakoznak pl. PC kártya IP router PSTN interfésszel IP alapú tel. kp. ezek az eszközök végzik a PSTN/VoIP átjárást pl. tárcsahang generálás, jelzés fordítás, stb.

82 VoIP architektúrák IP feletti beszédátvitel. De mennyire IP? 3. szinte teljesen VoIP végberendezés kinézetre hasonlít egy hagyományos telefonhoz IP címmel pl. Ethernet csatlakozóval plusz szolgáltatásokkal (pl. webböngészı) Softphone = VoIP szoftver pl. Skype, ICQ, Windows Messenger, stb. futhat PC-n, PDA-n, de akár mobiltelefonon is (!!) eset: VoIP/PSTN átjáró a VoIP hálózat határán

83 VoIP architektúrák Négy funkcióhalmaz jelzési feladatok beszédkódolás és dekódolás beszédcsomagok szállítása együttmőködés más VoIP/PSTN hálózatokkal (gateway funkciók)

84 VoIP adatátvitel (beszédjelek átvitele IP-n)

85 IP feletti szállítási protokollok A leggyakoribb IP szállítási protokollok: User Datagram Protocol UDP Transport Control Protocol TCP Real-Time Transport Protocol RTP szállítási (TCP/UDP) és alkalmazási réteg között: kb. viszony réteg

86 UDP Kapcsolat nélküli szolgáltatás nincs állapotinformáció Forrás-nyelı pár azonosítás portszám alapján (alkalmazási szintő nyalábolás) Ellenırzı összeg Az alkalmazás küldési sebességet változatlanul hagyja Valósidejő és multimédia alkalmazások A fejléc 8 bájtos:

87 TCP Kapcsolatorientált Megbízható kapcsolat Automatikus torlódáskezelés Meghatározza a csomagkövetési idıt Az alkalmazás nem tudja azt vezérelni A fejléc legalább 20 bájtos:

88 RTP Real-Time Transport Protocol (RFC 3550) valós idejő szállítási protokoll Tipikusan UDP felett, de lehet más szállítási protokoll felett is Támogatja a multicast átvitelt, ha az alsóbb rétegek is Sorrendhelyes átvitel Csomagkövetési idıket megtartja Adatcsomaghoz csatolja idıbélyeget sorszámot csomag típusát visszajelzés a sikeres fogadásról Ennek ellenére, az RTP nem kapcsolatorientált garantája a csomag megérkezését erıforráslefoglaló protokoll

89 RTP csomag nem kell megtanulni de így könnyebb megérteni V - Version. Identifies the RTP version. P - Padding. When set, the packet contains one or more additional padding octets at the end which are not part of the payload. X - Extension bit. When set, the fixed header is followed by exactly one header extension, with a defined format. CSRC count -Contains the number of CSRC identifiers that follow the fixed header. M - Marker. The interpretation of the marker is defined by a profile. It is intended to allow significant events such as frame boundaries to be marked in the packet stream. Payload type - Identifies the format of the RTP payload and determines its interpretation by the application. A profile specifies a default static mapping of payload type codes to payload formats. Additional payload type codes may be defined dynamically through non-rtp means. Sequence number - Increments by one for each RTP data packet sent, and may be used by the receiver to detect packet loss and to restore packet sequence. Timestamp - Reflects the sampling instant of the first octet in the RTP data packet. The sampling instant must be derived from a clock that increments monotonically and linearly in time to allow synchronization and jitter calculations. SSRC - Synchronization source. This identifier is chosen randomly, with the intent that no two synchronization sources within the same RTP session will have the same SSRC identifier. CSRC - Contributing source identifiers list. Identifies the contributing sources for the payload contained in this packet.

90 Hang RTP csomagban Kodek IP fejrész (20 byte) UDP fejrész (8 byte) RTP fejrész (12 byte) Beszéd-információ (4-100 byte) RTP UDP IP Nagyobb IP csomag: kisebb overhead nagyobb késleltetés

91 RTCP Real Time Control Protocol valós idejő vezérlési protokoll Minden kapcsolat résztvevıje rendszeresen küld RTCP csomagokat RTP-s adatok UDP portjánál eggyel nagyobb portszámon Feladatai: QoS monitoring Torlódásvezérlés segítése Forrás azonosítása Inter-média szinkronizáció (pl. kép és hangfolyam összetartozik) A vezérlési csomagok (RTCP) skálázása sok résztvevıs konferencia esetén se árasszuk el a hálózatot

92 VoIP és a QoS QoS = Quality of Service, szolgálatminıség e nélkül: Best Effort, legjobb szándék, ez van most RTP nem nyújt ilyen szolgáltatást Ez az alacsonyabb rétegek dolga hiszen egy csomag elvesztése a felsıbb rétegekben csak jelentıs késleltetéssel javítható (újraküldés) egy csomag késletetése a felsıbb rétegekben már nem javítható (idıgép kéne...) Tehát a VoIP erre támaszkodik Nehogy egy nagy fájl letöltése tönkretegye egy beszélgetés minıségét Ilyen mégis csak korlátozottan van IP QoS paraméterek: csomagvesztés aránya csomagtöbbszörözés aránya téves csomagkézbesítés aránya csomagkésleltetés a késleltetés ingadozása de: a sávszélesség mennyiségi és nem minıségi

93 Létezı QoS megoldások: VoIP és a QoS Integrated Services, Differentiated Services IETF ajánlások, de nem terjedtek el a gyakorlatban Csomag prioritások, hálózat túlméretezés Zárt, korlátozott belépéssel rendelkezı hálózatokban mőködik Az Interneten általában nem Ezért jó a hangminıség a vállalati VoIP rendszerekben, a VoIP alapú szolgáltatóknál (pl. +0 a magyar mobilokról) Ezért csak néha jó a Skype, NetMeeting, ICQ,... hangminısége Van még: hívásbeengedés (Call Admission Control, CAC) csak adott számú VoIP hívás léphet be a rendszerbe ld. késıbb, pl. H.323 csak akkor ér valamit, ha megoldottuk, hogy pl. egy letöltés nem szorítja ki az összeset

94 Jelzésprotokollok H.323

95 ITU-T H.32x A H.323 egy multimédia konferenciaprotokoll nem minıségbiztosított, csomagkapcsolt hálózatokra, beleértve a valós idejő hangátvitelt, videoátvitelt, adatátvitelt ITU: telefónia világa Narrowband switched digital ISDN Broadband ISDN ATM LAN Picture telephony Guaranteed bandwidth packet switched networks H.320 H.321 H.322 H.323 H.324 V1/V2/V3/V4/V5 Év / 98/ 99/ 00/ Hordozóközeg Nonguaranteed bandwidth packet switched networks Multimedia PSTN or POTS, the analog phone system

96 H.323 protokollok A H.323 ún. Umbrella standard esernyıszabvány, azaz sok másik szabvány összefogása Híváskezelési jelzések: H.225, H.245 Audió kodekek: pl. G.711, G.722, G.723.1, G.728, G.729,... Videó kodekek: H.261, H.263 Adatátvitel: T.120, Felhasználás például: közös rajzasztal (whiteboard) alkalmazásmegosztás közös dokumentumszerkesztés Média átvitele: RTP/RTCP (IETF) Biztonság: H.235 Kiegészítı szolgáltatások H általában, plusz pl.: H.450.2: hívásátadás H.450.3: hívásátirányítás H.450.4: hívástartás stb.

97 A H.323 hálózat elemei (1) Végberendezés (Terminal) beszéd, adat, videó, vagy ezek kombinációja Zónavezérlı (Gatekeeper) címfordítás: telefonszám IP cím sávszélesség-gazdálkozás (hívásengedélyezés) végberendezés azonosítása menedzsment képesség pl. hívások felépítése, bontása, hívásátirányítás biztonsági funkciók sok esetben a VoIP rendszer intelligenciája

98 A H.323 hálózat elemei (2) Átjáró (Gateway) hálózatok közötti kapcsolat pl. ISDN, PSTN, SIP rendszerek felé tolmácsolás különbözı ITU szabványok között vezérlı üzenetek átviteli protokollok audio/video kodekek MCU (Multipoint Control Unit, konferenciavezérlı) három vagy több résztvevı közötti multimédia konferencia Határoló elem (Border element) telefonkönyv szolgáltatások adminisztratív tartományok közötti kommunikáció

99 H.323 architektúra A H.323 hálózat felépítése és komponensei

100 H.323 hálózat Zóna A zóna egy zónavezérlıbıl és a hozzá kapcsolódó eszközökbıl áll A zónavezérlı fizikai elhelyezkedése lényegtelen Lehetséges az is, hogy több fizikai eszközbıl áll össze az egy logikai zónavezérlı GK GW T MCU

101 H.323 hálózat Adminisztratív tartomány Zónák összessége, amelyeknek az adminisztratív felügyelete közös pl. egy szolgáltató hálózatába tartoznak

102 Berendezések: végberendezés Végberendezés (terminal) Telefonok Videotelefonok IVR* eszközök Voic rendszerek Soft phone -ok (pl. NetMeeting ) *Interactive Voice Response, pl. banki automata telefonos ügyfélszolgálat

103 H.323 virtuális terminál (az ábra csak a megértést hivatott segíteni, megtanulni nem kell)

104 Átjáró (gateway) Berendezések: átjáró Átjárást biztosít a H.323 tartomány és egy másik hálózat között Hívásfelépítés és lebontás A hang tömörítése és csomagolása Az átjáró egy Media Gateway Controller -bıl (MGC) és egy Media Gateway -bıl (MG) áll Elhelyezkedhetnek egyben vagy külön Az MGC kezeli a hívásjelzést és más, a médiával nem kapcsolatos funkciókat A MG kezeli a médiát (Azaz magát az elkódolt beszédjelet de lehet más jel is, pl. videojel, ezért nevezik médiának)

105 Berendezések: zónavezérlı Zónavezérlı (gatekeeper) A zónavezérlı opcionális elem a H.323 hálózatban Hozzáférésvezérlésre és címfeloldásra használják A rendszer intelligens eleme Engedélyezheti a hívások közvetlen felépítését a végberendezések között vagy vezetheti a hívásvezérlést önmagán keresztül, támogatva ezáltal olyan funkciókat, mint a hívásátirányítás, a foglaltság esetén történı átirányítást, stb.

106 Berendezések: zónavezérlı (folyt.) Zónát vezérel Zónánként egy (Egy másik tartalékként) Tipikusan szoftverként valósítják meg... egy PC-ben integrálva Terminal Gatekeeper egy Gateway átjáróba Terminal vagy végberendezésbe Terminal Terminal Router Router Terminal MCU Egy példa H.323 zóna (az ábra csak a megértést hivatott segíteni, megtanulni nem kell)

107 Berendezések: határoló elem Határoló elem (Border Element) Gyakran együtt a zónavezérlıvel Címzési információt cserél és részt vesz az adminisztratív tartományok közötti híváshitelesítésben

108 Berendezések: MCU Konferenciavezérlı (Multipoint Control Unit) Három vagy több végpont közötti konferencia létrehozását támogatja Megvalósítás: Önálló eszköz PC Integrálva egy átjáróba, zónavezérlıbe vagy terminálba Két részbıl áll: multi-point controller (MC) és a konferencia vezérlését és jelzéseit kezeli multi-point processor (MP) médiafolyamokat kap a konferenciában résztvevı végpontoktól, feldolgozza és médiafolyamokat küld

109 Centralizált, elosztott és vegyes konferenciák Központosított: MCU kezeli a jelzést és a médiafolyamok feldolgozását Elosztott: Csak jelzés, a médiafolyamok közvetlenül a végpontok között Vegyes A B C D Multicast audió, videó Elosztott oldal MCU F Unicast audió, videó E Központosított oldal

110 H.323 kapcsolatfelépítés A vé gpont A gateke eper B gateke eper B végpont Nincs idı a részletes tárgyalására A végpont A gatekeeper B gatekeeper B végpont 2. GCF 4. RCF 12. ACF 1. GRQ 3. RRQ 9. ARQ 11. LCF 10. LRQ 5. GRQ 6. GCF 7. RRQ 8. RCF * 20. terminalc apabilityset 21. terminalc apabilitysetac k 22. ma sterslavedetermination 23. ma sterslavedeterminationack 24. openlogic alchannel 25. openlogic alchannelack 26. openlogic alchannel H RAS H call signaling 13. Setup 27. openlogic alchannelack H.245 call control 14. Call Proceeding 15. ARQ 16. ACF ** ** * RT P, RT CP 17. Alerting 18. Alerting 28. E nds essioncommand 19. Connect 2 9. E nds essioncommand 31. DRQ 3 2. DCF 3 0. R elea se C omple te 33. DRQ 34. DCF ** ** 104

111 Jelzésprotokollok SIP

112 Mi a SIP, honnan ered? A SIP-et az IETF MMUSIC (Multiparty MUltimedia SessIon Control) munkacsoportja dolgozta ki. RFC 2543 (1999. március) RFC (2002. július 3.) A SIP jelzési protokoll Nem foglalkozik a médiaátvitellel Sem a minıségbiztosítással

113 Fı funkciók Multimédiás (MM) összeköttetések kezdeményezése és lezárása a felhasználók között Felhasználók megkeresése (mobilitás és proxy-támogatás)

114 SIP berendezések SIP felhasználói ügynök (SIP User Agent SUA) A SIP kapcsolat létrehozására képes Végberendezés vagy szoftver A SIP legfontosabb célja az, hogy két ilyen ügynök között kapcsolat kiépítését

115 SIP berendezések SIP átjárók (gateway) Felületet biztosítanak SIP hálózatok és más jelzésprotokollt használó hálózatok között Egy speciális típusú felhasználói ügynök Másik protokoll képviseletében mőködik Végzıdteti a SIP jelzésutat Egyben a multimédia út vége is lehet Akár több ezer felhasználót is kiszolgálhat

116 SIP szerverek SIP berendezések Alkalmazások, amelyek képesek SIP kéréseket elfogadni, és válaszolni azokra A valóságban a SIP szerver megvalósítások több típust tartalmaznak egyszerre Különbözı körülmények között eltérı típusú szerverként viselkedhetnek SIP proxy szerver (Proxy) vagy ügynökként viselkedve továbbít egy SIP kérést vagy pedig válaszol Átirányító SIP szerverek (Redirect) megmondják, hogy merre kell a kérést továbbítani de a felhasználói ügynök végzi a továbbítást Regisztrációs szerver (Registrar) regisztrációs mechanizmusnak nincs megfelelıje a hagyományos telefonos világban hasonló a mobiltelefon bekapcsolásakor lezajló folyamatra amikor az továbbítja az aktuális pozícióját (Location Server)

117 SIP architektúra Request Response SIP Redirect Server Location Service SIP Proxy SIP Proxy 8 SIP Client SIP Client (User Agent Server) 9

118 SIP - összefoglalás Internet-barát jelzési protokoll Jól illeszkedik az Internet protokolljaihoz Rugalmas Skálázható Integrálása a távközlés egyéb területeihez

119 Egy különlegesség: a Skype

120 Skype Az elsı bétaváltozat szeptemberétıl A KaZaA készítıitıl Terjedésének üteme annál is nagyobb Már több mint 100 millió letöltés P2P multimédia összeköttetés

121 Miért jobb, mint a hagyományos VoIP? A jelentıs árcsökkenés és az elfogadható minıség nem jár együtt a VoIP esetén A VoIP hívások nagy része nem jön létre a tőzfalak és a NAT miatt A telepítés után a konfigurálás komoly technikai tudást kíván NEM H.323 és NEM SIP