INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE. BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport

Átírás

1 INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE ALAPFOGALMAK VEZETÉKES HOZZÁFÉRÉS Dr. Babarczi Péter egyetemi adjunktus BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport 2 Elektronikus hírközlő hálózat Elektronikus hírközlő hálózat: átviteli rendszerek és - ahol ez értelmezhető - a hálózatban jelek irányítására szolgáló berendezések, továbbá más erőforrások, - beleértve a nem aktív hálózati elemeket is -, amelyek jelek továbbítását teszik lehetővé meghatározott végpontok között vezetéken, rádiós, optikai vagy egyéb elektromágneses úton, beleértve a műholdas hálózatokat, a helyhez kötött és a mobil földfelszíni hálózatokat, az energiaellátó kábelrendszereket, olyan mértékben, amennyiben azt a jelek továbbítására használják, a műsorszórásra használt hálózatokat és a kábeltelevíziós hálózatokat, tekintet nélkül a továbbított információ fajtájára. (2003. évi C. törvény az elektronikus hírközlésről)

2 3 ANALÓG ÉS DIGITÁLIS JELEK Jelek átvitele fizikai szinten, modulációs eljárások Jelek osztályozása Analóg jelek Időben folytonos 4 Folytonos amplitúdó Analóg jel

3 5 Analóg hírközlés blokkvázlata KÓDOLÁS, MODULÁLÁS DEMODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS A zajos csatornán átvitt modulált információ: Eredeti információ Továbbított jel Vett információ (jel + zaj) Amplitúdómoduláció Idő tartomány 6 Frekvencia tartomány Moduláló jel spektruma Vivőfrekvencia

4 Frekvenciamoduláció 7 Idő tartomány Frekvencia tartomány ω vivő mod = ω v + k U m cos(ω m t) 8 Jel-zaj viszony A jel-zaj viszony (SNR signal-to-noise ratio): a jel (információ) és a háttérzaj teljesítményének hányadosa. A jel-zaj viszony (db): meghatározásánál a logaritmikus decibel-skálát használják. Arány 0,001 0,01 0,1 0, db telj. -30 db -20 db -10 db -3 db 0 db 3 db 10 db 20 db 30 db db ampl. -60 db -40 db -20 db -6 db 0 db 6 db 20 db 40 db 60 db (P teljesítmény, A amplitúdó)

5 9 Analóg átvitel zajos csatornán Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára (Shannon-Hartley tétel): C = H log 2 (1 + S/N) bit/s C - a maximális adatsebesség (bit/s), H - az átviteli csatorna sávszélessége (Hz), S - az átlagos jelteljesítmény (mw), N - az átlagos zajteljesítmény (mw). Maximális adatsebesség vezetékes beszéd analóg átvitele esetén: H = 4000 Hz (beszédsáv) S/N = (tipikus) C = 4000 log 2 ( ) = = 56 kbit/s Maximum 56 kbit/s adatátviteli sebesség érhető el, függetlenül a jelszintek számától. Jelek osztályozása Digitális jelek Diszkrét amplitúdó Folytonos amplitúdó Időben folytonos Időben diszkrét Analóg jel Mintavételezett jel Diszkretizált analóg jel Digitális jel 10

6 11 Shannon mintavételi tétele Mintavétel + kvantálás eredménye: 0-1 bitsorozat A mintákból az eredeti jel akkor állítható vissza, ha az f s mintavételezési frekvencia nagyobb az eredeti jel f max maximális frekvenciájának kétszeresénél: f s > 2f max. A beszéd digitális átvitele: f max = 4000 Hz f s = 8000 Hz Kvantálási szintek száma = 256 (8 bit) Átviteli sebesség = = bit/s Az ISDN csatornák sebessége 64 kbit/s 12 Digitális hírközlés blokkvázlata Tömörítés, kódolás, modulálás Demodulálás, dekódolás, kibontás Eredeti információ A zajos csatornán átvitt digitalizált információ: , , , , , , , Továbbított információ Visszaállított információ

7 13 Digitális modulációs eljárások Frekvencia- és fázismoduláció Frekvenciamoduláció A bitsorozat: A frekvenciát változtatjuk az átviendő információ függvényében Fázismoduláció A bitsorozat: A vivő jel fázisa változik az átviendő információ függvényében Digitális modulációs eljárások GMSK és 8PSK modulációk Gaussian Minimum Shift Keying Minden 0-s vagy 1-es szimbólum átvitelekor a vivőfrekvencia fázisa megváltozik, és a változás iránya határozza meg, hogy 0 vagy 1 átvitele történt-e. 8 Phase Shift Keying A 8 fázisú modulációnál minden szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő.

8 15 Digitális modulációs eljárások Quadratic Phase Shift Keying (QPSK) QPSK jelkészlete QPSK vektorképe QPSK bittérképe 16 Digitális modulációs eljárások 16 Quadratic Amplitude Modulation (16QAM) 16QAM jelkészlete 16QAM vektorképe 16QAM bittérképe

9 17 Digitális modulációs eljárások 64 Quadratic Amplitude Modulation (64QAM) Konstellációs diagramok 64QAM bittérképe Kiszajú vétel 6 bit információ szimbólumonként Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik MSB Most Significant Bit Fázisingadozás hatása 18 PUBLIC SWITCHED TELEPHONE NETWORK (PSTN) Vezetékes telefonhálózat

10 19 Hálózati síkok logikai hierarchiája Nemzetközi központok (Kelenföld, Józsefváros) Szekunder központok Primer és helyi központok A PSTN hálózat Nyilvános kapcsolt telefonhálózat Vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt) működés, azaz fémes kapcsolat a hívó és hívott fél között (ma már virtuális) Alapvetően beszédátvitelre fejlesztették ki, így további szolgáltatások erre a hálózatra adaptálva (ISDN, ADSL) Jellemzői: Analóg előfizetői hurok (felhasználótól első központig) Dedikált csatorna minden előfizetőnek (telefonba menő csavart réz érpár) Digitális trönkök központok között Osztott közeghozzáférés (FDM + TDM) A hálózat strukturálása (területi + logikai) Tárolt programvezérlésű kapcsolás a központokban (automatikus kapcsolás hívott központ felé) Hierarchikus forgalomirányítás Előfizetők és központok közötti jelzések Hívásfelépítés, bontás, forgalomvezérlés 20

11 Telefonhálózat hierarchikus felépítése 21 Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu 22 PSTN hálózatok működése PSTN hívásfelépítés hívási szándék (hurok zárása = telefonkagyló felemelése), szabad regiszter (tárcsahang), tárcsázás (hívott fél számának megadása), szám érvényességének ellenőrzése (folyamatosan tárcsázás közben), kapcsolatfelépítés (hívó hívó primer/helyi központja (szekunder központ nemzetközi központ szekunder központ) - hívott primer/helyi központja - hívott), csengetés/foglaltsági jelzés. A trönkhálózatban osztott erőforrások Hívás akkor tud kiépülni, ha minden hívó-hívott közötti központ között van szabad (TDM/FDM) csatorna Kapcsolóközpontok közötti trönkök méretezés forgalmi jellemzők alapján (Erlang formulák): hívások beérkezésének jellemzői (forgalmas óra), összeköttetések fennállásának jellemzői (pl. tartásidő).

12 23 Telefonkörzetek Primer és szekunder körzetek a magyar telefon hálózatban 10 szekunder központ Kelenföld, Józsefváros, Győr, Zalaegerszeg, Pécs, Székesfehérvár, Szeged, Szolnok, Debrecen, Miskolc 54 primer központ primer körzetenként 60 helyi központ Ózd Salgótarján Balassagyarmat Eger Gyöngyös Vác Esztergom Sopron 26 Gyõr 34 Szentendre Gödöllõ 99 Tatabánya 1 28 Budapest Jászberény 57 Biatorbágy Monor Pápa89 22 Szigetszentmiklós Szombathely Sárvár Székesfehérvár 53 Szolnok 94 Veszprém Cegléd Dunaújváros Tapolca 83 Siófok Kecskemét Zalaegerszeg Keszthely Kiskõrös Szentes Paks 93 Marcali 63 Nagykanizsa Szekszárd Kiskunhalas 62 Kaposvár 82 Szeged 79 Baja Szigetvár 73 Pécs Mohács Miskolc Mezõkövesd 59 Karcag Orosháza 47 Szerencs Békéscsaba Nyíregyháza Debrecen Berettyóújfalu Kisvárda Mátészalka Egy-egy szekunder központhoz több primer terület is tartozik Nagyvárosi hierarchia A budapesti hálózat felépítése A budapesti központok tandem központokon keresztül kapcsolódnak egymáshoz Üzleti forgalom elsősorban városon belül, felesleges megterhelni a hierarchia felsőbb szintjeit Nemzetközi központ 24 Primer/szekunder központok Tandem központok (Városmajor, Angyalföld) Helyi központok

13 Pulse-Code Modulation (PCM) kódolás A digitális trönkökön Cél: érthető beszéd átvitele Érthető beszéd 0,3 3,4 khz-es sáv (3,1 khz) Védősávokkal együtt 4 khz széles lesz egy beszédcsatorna Mintavételezés Shannon-tétel alapján 8kHz 256 kvantálási szint (8 bit) 8000*8 = 64kbit/s 25 analóg, folytonos idej ű jel analóg, folytonos idejű, sávhatárolt jel mintavevő analóg, diszkrét idej ű jel diszkrét idejű, diszkrét értékkészletű jel (digitális jel) sávszűrő 0,3... 3,4 khz órajel 8 khz kvantáló Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu Pulse-Code Modulation (PCM) Valós beszédhang Kvantálás: logaritmikus karakterisztika (az emberi fül is ilyen) Vonatkozó bitsorozat (kb. 180 mv-hoz): (első bit az előjel) 26 Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

14 27 ADATKOMMUNIKÁCIÓ A PSTN ELŐFIZETŐI HURKON Integrált szolgáltatású digitális hálózat (ISDN) Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal (ADSL) ASCII kódtábla Szövegek binárissá alakítása (0-1 átvitel hálózaton, pl. a ) 28

15 29 A hozzáférési technológiák fejlődése ADSL OECD: 1,5-2 Mbps-tól ITU-T 256 kbps alatt keskenysáv 256 kbps-tól szélessáv PSTN átviteli utak evolúciója Modemes adatátvitel (fent: analóg trönkhálózat, lent digitális trönkálózat) 30 Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

16 ISDN modemes átvitel Integrated Services Digital Network - Integrált szolgáltatású digitális hálózat 31 ISDN csatlakozás típusai: ISDN2 (alap csatlakozás) 2x64 kbps adat csatorna (1 beszéd + 1 adat) 16 kbps jelzés csatorna ISDN30 (primer csatlakozás) 30x64 kbps adat csatorna 64 kbps jelzés csatorna Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu 32 ISDN felhasználási területei Külső hívás PSTN ISDN ISDN-alközpont (PBX, Private Branch Exchange) Telefonszolgáltatás Közvetlen alközponti beválasztás Videokonferencia Internet kapcsolat Hitelkártya ellenőrzés (POS) Belső hívás

17 33 Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal Asymmetric Digital Subscriber Line Az xdsl technológiák hasznosítják a rézvezeték rejtett, kihasználatlan spektrum-kapacitását A szélessávú szolgáltatások szinte hihetetlen fejlődését indították el 34 ADSL hálózatok felépítése Cél: Beszéd kodekek elkerülése Nagyobb adatsebesség valósítható meg DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer A/D átalakítás, nyalábolás BRAS - Broadband Remote Access Server Speciális router Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

18 35 xdsl digitális előfizetői vonal típusai Az ADSL2 és ADSL2+ az ADSL továbbfejlesztett változata PSTN/ISDN nélkül az ADSL2 és ADSL2+ feltöltési sebessége megnő 256 kbit/s-mal Downstream Letöltés Upstream Feltöltés Reach Hatótávolság PSTN/ ISDN ADSL 8 Mbit/s 1 Mbit/s 5 km Yes SHDSL 2.3 Mbit/s 2.3 Mbit/s 5 km Yes ADSL Mbit/s 1 Mbit/s (+256 kbit/s) 5 km Yes/No ADSL Mbit/s 1 Mbit/s (+256 kbit/s) 5 km Yes/No VDSL 52 Mbit/s 16 Mbit/s 1.2 km Yes VDSL2 26 Mbit/s 8 Mbit/s 1.2 km Yes 36 Az xdsl technológiák hatótávolsága Elérhető maximális sávszélesség a távolság függvényében

19 37 Optikai hozzáférési lehetőségek Fiber to the (FTTx) Home (Otthon) Building (Épület) Curb (Akna) Cabinet (Szekrény) OLT - Optical Line Termination (optikai vonalvégződés) ONU - Optical Network Unit (optikai hálózati végződés) Optikai hozzáférési lehetőségek Aktív optikai hálózat Az aktív optikai elosztó hálózatok aktív, távtáplált eszközt tartalmaznak az OLT és az ONT között. Az aktív eszköz csak annak a felhasználónak továbbítja a tartalmat, aki a címzett. Szimmetrikus, mindkét irányban 100 Mbit/s sebesség 38

20 39 Optikai hozzáférési lehetőségek Passzív optikai hálózat PON Passive Optical Network (passzív optikai hálózat) Nincsenek aktív eszközök (erősítők, processzorok, memóriák, egyéb készülékek) Az optikai berendezésekre csak a forgalom osztása végett van szükség