INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

Átírás

1 BME Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK Bevezetés Dr. Abos Imre c. egyetemi tanár Dr. Babarczi Péter egy. adjunktus BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapest, Mi az az infokommunikáció? Hagyományos szakterületek összekapcsolódása Informatika Hardver PC, munkaállomás Szerver Irodai informatikai berendezés Háttértárak, adatbázisok Szoftver Rendszerszoftver Hálózat menedzsment Alkalmazási szoftver Tartalomkezelés Hálózat Számítógép-hálózat, LAN Internet hálózat Távközlés Távközlési szolgáltatások Telefonszolgáltatás Mobil telefonszolgáltatás Adatátviteli szolgáltatás KábelTV szolgáltatás Távközlési berendezések Kapcsolástechnikai ber. Átviteltechnikai berendezések Mobil rádiós rendszerek Távközlési végberendezések Hálózati infrastruktúra Kábelek (réz, optikai), vezetékek Elektromágneses tér Antennák INFOrmatika + telekommunikáció = INFOKOMMUNIKÁCIÓ (ICT) INFOKOMMUNIKÁCIÓS HÁLÓZATOK, SZOLGÁLTATÁSOK ÉS ALKALMAZÁSOK Infokom (tartalom) alkalmazások e-, tartalom, s társadalmi szolgáltatások pl. e-üzletvitel, e-közszolgáltatások, AV tartalomletöltés, on-line multimédiás játék, virtuális múzeum Infokommunikációs hálózatok Üzleti felh. Video Telefon Internet Infokom (e-hírközlési) szolgáltatások Hálózaton létesülő szolgáltatások pl. fix és mobil telefon, telefax, , X.25 adatátvitel, Internet szolgáltatás, rádió és TV műsorszolgáltatás Metro Gerinchálózat High Speed Backbone Szolgáltató Infokom (e-hírközlő) hálózatok Hálózati infrastruktúra és jeltovábbítás eszközei pl. vezetékes, mobil, optikai, mikrohullámú, műholdas hálózat, kábel TV, ADSL, rádió és TV műsorszóró hálózatok Mobil hozzáférés Az IT, ICT egyre meghatározóbb szerepet tölt be: a GDP és a termelékenység növekedésének legfőbb forrása átalakításokat indukál a szervezetek életében és mindennapjainkban MAGAS Az IT, ICT hozzáadott értéke Automatizálás, folyamat és költség ellenőrzés, gazdaságosság ALACSONY IT belső fókusz Az informatika, ICT közvetlenül generál terméket, szolgáltatást Termelékenység, működési hatékonyság, végfelhasználói döntéstámogatás ICT külső fókusz D) STRATÉGIAI SZEREP Tudásmgmt, ebus, virtuális vállalat FELTÉTEL NÉLKÜLI INFO ELÉRÉS C) ÜZLETI ÉRTÉKTEREMTÉS Adatbányászat, ecommerce, Telebank HÁLÓZATI RENDSZEREK B) ÜZLETI FOLYAMAT AUTOMATIZÁLÁS Jelentős alkalmazásfejlesztések KLIENS/SZERVER RENDSZEREK A) ADAT TÁROLÁS ÉS FELDOLGOZÁS Az infrastruktúra hangsúlyos MAINFRAME/MIDRANGE RENDSZEREK Az informatika, ICT új lehetőségei generálják az üzleti, sőt a vállalati stratégiát TERMÉSZETES MONOPÓLIUM Telefónia AZ ICT GAZDASÁGI SZEREPE 1996 Ny-Eu: ICT 4,6% LIBERALIZÁCIÓ versenykörnyezet kialakítása Mobil telefon 2008 Világ: szűken vett ICT 6,5% KONVERGENCIA Szélessáv, mobilitás, multimédia Információs társadalom HÁLÓZAT -ALAPÚ TUDÁS TÁRSADALOM Integrált s társadalmi alkalmazások [IDATE]

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 fajtájára. (2003. évi C. törvény az elektronikus hírközlésről) Diszkrét amplitudó Folytonos amplitudó JELEK OSZTÁLYOZÁSA Időben folytonos Időben diszkrét Analóg jel Diszkretizált analóg jel Mintavételezett jel Digitális jel 7 8 AZ ANALÓG HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA JEL-ZAJ VISZONY A jel-zaj viszony (SNR signal-to-noise ratio): a jel () és a háttérzaj teljesítményének hányadosa. KÓDOLÁS, MODULÁLÁS A zajos csatornán átvitt modulált : DEMODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS A jel-zaj viszony (db): meghatározásánal 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 Eredeti Továbbított jel Vett (jel + zaj) db ampl. -60 db -40 db -20 db -6 db 0 db 6 db 20 db 40 db 60 db (P teljesítmény, A amplitudó) 9 10 ANALÓG ÁTVITEL ZAJOS CSATORNÁN Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára (Shannon-Hartley tétel): ahol Pl. C = H log 2 (1 + S/N) bit/s C - a maximális adatátviteli sebesség (bit/s), H - a (modulált) jel sávszélessége (Hz), S - az átlagos jelteljesítmény (mw), N - az átlagos zajteljesítmény (mw). H = 4000 Hz (beszédsáv) S/N = (tipikus) AMPLITÚDÓMODULÁCIÓ Idő tartomány Frekvencia tartomány C = 4000 log 2 ( ) = = 56 kbit/s Maximum 56 kbit/s adatátviteli sebesség érhető el, függetlenül a jelszintek számától. Moduláló jel spektruma Vivőfrekvencia 11 12

3 FREKVENCIAMODULÁCIÓ Idő tartomány SHANNON MINTAVÉTELI TÉTELE 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 Frekvencia tartomány ω vivő mod = ω v + k U m cos(ω m t) 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 A DIGITÁLIS HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA Frekvenciamoduláció, pl bitsorozat Tömörítés, kódolás, modulálás Demodulálás, dekódolás, kibontás A zajos csatornán átvitt digitalizált : , , , , , , , Fázismoduláció, pl bitsorozat Eredeti Továbbított Visszaállított Gaussian Minimum Shift Keying 8 Phase Shift Keying Quadratic Phase Shift Keying QPSK jelkészlete QPSK vektorképe QPSK bittérképe 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. A 8 fázisú modulációnál minden szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő

4 16 Quadratic Amplitude Modulation 16QAM jelkészlete 64 Quadratic Amplitude Modulation (6 bit szimbólumonként) 64QAM bittérképe Konstellációs diagramok 16QAM vektorképe 16QAM bittérképe Kiszajú vétel Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik. MSB Most Significant Bit Fázisingadozás hatása TELEFONHÁLÓZAT VÁZLATOS STRUKTÚRÁJA A hálózati síkok hierarchiája Nemzetközi központ Szekunder Primer és helyi TELEFONHÁLÓZAT FUNKCIÓI PSTN hívásfelépítés hívási szándék (hurok zárása) szabad regiszter (tárcsahang) tárcsázás szám érvényességének ellenőrzése kapcsolatfelépítés csengetés/foglaltsági jelzés PSTN trönkhálózati funkciók a hálózat strukturálása (területi, logikai) irányonkénti forgalomkoncentrálás jelzések (hívásfelépítés, bontás, forgalomvezérlés) TELEFONHÁLÓZAT JELLEMZŐI A PSTN hálózat jellemzői összeköttetés idejére fizikailag fennálló kapcsolat az előfizetői hurokban dedikált csatorna minden előfizetőnek DE: forgalomkoncentráció a kapcsolóban a trönkhálózatban osztott erőforrásokért versenyeznek az előfizetői hívások méretezés forgalmi jellemzők alapján (Erlang formulák): hívások beérkezésének jellemzői (forgalmas óra) összeköttetések fennállásának jellemzői (pl. tartásidő) TELEFONHÁLÓZAT HIERARCHIKUS FELÉPÍTÉSE 23 24

5 Sopron Szombathely Sárvár Zalaegerszeg Nagykanizsa Keszthely Pápa Tapolca Marcali Gyõr Kaposvár Szigetvár Tatabánya Székesfehérvár Veszprém Siófok Pécs Mohács Esztergom Biatorbágy Dunaújváros Paks Szekszárd Szentendre Balassagyarmat Szigetszentmiklós Baja Vác Kiskõrös Gödöllõ Monor Kiskunhalas Salgótarján Kecskemét Gyöngyös Cegléd Szeged Ózd Szolnok Eger Szentes Miskolc Mezõkövesd Karcag Orosháza Szerencs Békéscsaba Nyíregyháza Debrecen Berettyóújfalu Kisvárda Mátészalka TELEFONKÖRZETEK Primer és szekunder körzetek a magyar telefon hálózatban Budapest Jászberény Egy-egy szekunder központhoz több primer terület is tartozik NAGYVÁROSI STRUKTÚRA A budapesti hálózat felépítése A Budapesti ún. tandem on keresztül kapcsolódnak össze Nemzetközi központ Primer/szekunder Tandem Helyi Távbeszélő Átviteli utak evolúciója 2 nemzetközi központ Kelenföld, Józsefváros 2 tandem központ Városmajor, Angyalföld 10 szekunder központ Kelenföld, Józsefváros, Győr, Zalaegerszeg, Pécs, Székesfehérvár, Szeged, Szolnok, Debrecen, Miskolc 54 primer központ (primer körzetenként) Kb. 60 helyi központ PSTN modemes átvitel analóg törzshálózat esetén PSTN modemes adatátvitel TELEFONHÁLÓZAT - Összefoglalás A PSTN hálózat Public Switched Telephone Network nyilvános kapcsolt telefonhálózat analóg előfizetői hurok digitális trönkök (PCM) tárolt programvezérlésű kapcsolás hierarchikus forgalomirányítás előfizetők és közötti jelzések vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt) működés alapvetően beszédátvitelre fejlesztették ki további szolgáltatások erre a hálózatra adaptálva PCM kódolás (0,3 3,4 khz-es sáv 3,1 khz + vedősávok = 4 khz széles lesz egy beszédcsatorna), 256 kvantálási szint, cél: érthető beszéd átvitele analóg, folytonos idej ű jel sávszűrő 0,3... 3,4 khz analóg, folytonos idejű, sávhatárolt jel mintavevő órajel 8 khz analóg, diszkrét idej ű jel 29 kvantáló diszkrét idejű, diszkrét értékkészletű jel (digitális jel) Pulse-Code Modulation (PCM) valós példa Beszédhang Vonatkozó bitsorozat (kb. 180 mv-hoz): (első bit az előjel) Kvantálás: logaritmikus karakterisztika (az emberi fül is ilyen) 30

6 ISDN modemes adatátvitel ISDN Integrated Services Digital Network - Integrált szolgáltatású digitális hálózat Euro-ISDN: Európai szabványok (ETSI) interfészekre, szolgáltatásokra ISDN Az ISDN szolgáltatásai Vonalkapcsolt 3,1 khz beszéd (audio) Vonalkapcsolt 64 kbit/s digitális átvitel Az ISDN felhasználási területei Telefonszolgáltatás ISDN2 (alapcsatlakozás) 2x64 kbps 16 kbps jelzés Közvetlen alközponti beválasztás Videokonferencia Internet kapcsolat ISDN30 (primercsatlakozás) 30x64 kbps 64 kbps jelzés Hitelkártya ellenőrzés (POS) ISDN ALKÖZPONT Közvetlen alközponti beválasztás A HOZZÁFÉRÉSI TECHNOLÓGIÁK FEJLŐDÉSE Külső hívás PSTN ISDN ISDN PBX ADSL OECD: 1,5-2 Mbps-tól ISDN-alközpont (PBX, Private Branch Exchange) Beválasztás az alközponti mellékekre 2664 Belső hívás ITU-T 256 kbps alatt keskenysáv 256 kbps-tól szélessáv ASZIMMETRIKUS DIGITÁLIS ELŐFIZETŐI VONAL Asymmetric Digital Subscriber Line - ADSL Az xdsl technológiák hasznosítják a rézvezeték rejtett, kihasználatlan spektrum-kapacitását A szélessávú szolgáltatások szinte hihetetlen fejlődését indították el ADSL HÁLÓZATOK FELÉPÍTÉSE Beszéd kodekek elkerülése DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer A/D átalakítás, nyalábolás BRAS - Broadband Remote Access Server Speciális router 35 36

7 A DIGITÁLIS ELŐFIZETŐI VONAL TÍPUSAI Downstream Letöltés Upstream Feltöltés Reach Hatótávolság PSTN/ ISDN DSL HATÓTÁVOLSÁG A DSL technológiák sávszélessége a távolság függvényében ADSL 8 Mbit/s 1 Mbit/s 5 km Yes SHDSL 2.3 Mbit/s 2.3 Mbit/s 5 km Yes ADSL2 ADSL Mbit/s Mbit/s 1 Mbit/s (+256 kbit/s) 1 Mbit/s (+256 kbit/s) 5 km Yes/No 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 Az ADSL2 és ADSL2+ az ADSL továbbfejlesztett változata PSTN/ISDN nélkül az ADSL2 és ADSL2+ feltöltési sebessége megnő 256 kbit/smal 37 38