Vezetékes és vezeték nélküli jelátviteli közegek

Átírás

1 Vezetékes és vezeték nélküli jelátviteli közegek Vezetékes jelátviteli közegek STP Az STP kábel az árnyékolási, kioltási és csavart érpáras megoldások előnyeit ötvözi. Minden vezetékpár fémfóliával van burkolva. A két érpárt emellett egy közös fémszövet vagy fémes fólia is körbefogja. A kábel általában 150 ohmos. Az elsősorban Token Ring hálózatokban használt STP kábelek csökkentik a kábelen belüli elektromos zajokat, mint amilyen az érpárok közötti csatolás és áthallás. UTP UTP (Unshielded Twisted Pair) kábel: a kábel nyolc szigetelt rézvezetékből áll, amelyek páronként, valamint egyben is sodrottak. A páronkénti sodrás csökkenti az árnyékolatlan vezetők zavarérzékenységét. Az elektromágneses és rádiófrekvenciás áthallás ellen az egyes érpárok eltérő mértékű sodrásával védekeznek (szabványban rögzített a hosszegységre vetített sodrások száma). Mivel az ilyen kábelek nem árnyékoltak, a külső zavarjelre (ilyet a környezetünkben működő valamennyi elektromos berendezés kelt) meglehetősen érzékenyek. Ennek csökkentésére vezették be a különféleképpen árnyékolt kábeltípusokat: FTP, STP, SFTP. EMI elektromágneses interferencia, RFI rádiófrevenciás interferencia Adatátviteli sebesség szerint: A csavarástól függően különböző kategóriákba lehet sorolni a kábeleket. CAT1 telefonkábel (hangátvitel, 2 érpár) CAT2 maximum 4 Mb/s adatátviteli sebesség érhető el vele. CAT3 10 Mb/s az adatátviteli sebessége. Csillag topológiánál alkalmazzák, ethernet hálózatokban (Legacy Ethernet [10MB/s-os] közege). CAT4 max. 20 Mb/s adatátviteli sebességű. CAT5 100 Mb/s adatátviteli sebességű, csillag topológiánál alkalmazzák, ethernet hálózatokban. CAT5e, CAT Mb/s = 1 Gb/s átviteli sebesség. CAT Mb/s A felsőbb kategóriás kábelek visszafelé kompatibilisek. Bekötési sorrend szerint: PC forgalomirányító port PC PC Egyeneskötésű (link): Személyi számítógép Kapcsoló Kapcsoló Forgalomirányító Hub Személyi számítógép Keresztkötésű (cross-link): CAT-5-höz 100 Mbites hálókártya és szétosztó kell (fejlesztései a csillag topológia felé mutatnak) A kábel nem feküdhet erősáramú mellett, mert induktív zavarokat kelt Kapcsoló port Kapcsoló port Kapcsoló port hub port Hub port hub port Forgalomirányító port forgalomirányító port

2 A koaxiális kábel A koaxiális kábel a híradástechnikában használt olyan vezetéktípus, ami egy belső vezető érből, dielektrikumból, fémhálóból és külső szigetelésből áll. A fémháló szerepe az elektromos árnyékolás, azaz a belső éren továbbított jel megóvása a külső zavaroktól. Elsősorban rádiófrekvenciás jelek továbbítására használják. A ko-axiális azt jelenti, hogy "közös tengelyű", ez a név a csőszerű összetételre utal: a belső ér és a külső árnyékolás hosszanti tengelye megegyezik. Az ideális koaxiális kábelnél az elektromágneses mező csak a belső vezető és az árnyékolás között létezik, így a kábel közelében található fémtárgyak nem okoznak teljesítményveszteséget. Az árnyékolásnak köszönhetően a külső elektromágneses zajok sem zavarják a jelet. Impedancia illesztés A koaxiális kábel megfelelő használatához a kábel mindkét végén megfelelő illesztés szükséges, ami azt jelenti, hogy a jel forrásánál, a lezárásnál és a jelúton sem változhat az impedancia. Ennek hiányában a jel egy része visszaverődik a belső érre, ez például analóg televíziós adásnál szellemképet okoz. A fáziskésleltetés miatt az is előfordulhat, hogy a visszaverődő jel kioltja a továbbított jelet, ami a jelszint csökkenéséhez vezet. A kábel nagymértékű meghajlítása, megtörése is megváltoztatja az impedanciát, ezért ez is visszaverődésekhez vezethet. Típusai Két jelentős csoportra oszthatók a koaxiális kábelek: az egyik az alapsávú koaxiális kábel, ezt digitális jelátvitelre használják, a másik pedig a szélessávú koaxiális kábel, amelyet analóg jelátvitelre alkalmaznak. Alapsávú koaxiális kábel BNC csatlakozó Ezt a koaxiális kábelt régebben elterjedten használták számítógépes lokális hálózatban, valamint távbeszélőrendszerekben is nagytávolságú átvitelre. A mindenkori sávszélesség a kábel hosszától függ. 1 km-nél kisebb távolságon 10 Mbit/s-os átviteli sebesség valósítható meg. Szélessávú koaxiális kábel Ez a fajta kábelrendszer a kábeltelevíziózás szabványos kábelein keresztül analóg jelátvitelt tesz lehetővé. A szabványos kábeltelevíziós technikából adódóan az ilyen szélessávú hálózatok esetén az analóg jelátvitelnek megfelelően (ami kevésbé kritikus, mint a digitális) a kábel akár 100 km-es távolságra, 300 MHz-es, de néha 450 MHz-es jelek átvitelére is alkalmas. Optikai kábelek A korszerű távközlési hálózatok mellett a broadcast audió, és videó hálózatokban is egyre gyakrabban találkozhatunk az optikai jelátvitellel. Az optikai kábelek (FO) az adatátvitel feladatát épületek fix kábelezése mellett mobil alkalmazások alatt kell, hogy megoldják. Elég csak egy közvetítő autóra, vagy egy nagyobb koncert összeállításra gondolnunk. A multimédiás alkalmazások manapság magukba foglalják a többcsatornás hang-, és videójel átvitelt. És ezek számára muszáj az elérhető legnagyobb sávszélességet biztosítanunk. Ugyanez érvényes a digitális hálózatokra is. Az optikai kábelek két fő erénye az elképesztően alacsony csillapítás, és a hatalmas sávszélesség. Ezeken kívűl számos további előnyük van a réz alapú kábelekkel szemben, de természetesen rendelkeznek hátrányokkal is. Előnyök: Hátrányok: Működési elv Nagy adatátviteli sebesség, és sávszélesség Érzéketlenek az elektromágneses zavarokra (mobiltelefon, rádióadók...stb.) Az adó és a Vevő galvanikusan le van választva (ismeretlen fogalom itt a földhurok, búgás, és a világítással azonos fázisra kötött eszközök kattogása) Abszolút nincs áthallás a vezetékek között Kis kábelátmérő Könnyűek Kábel installációs előírások, melyek alkalmazásával betáp kábelek mellett is vihetők egy csatornában Teljesmértékben érzéketlen a tapizajokra Az optikai kábelek különösen érzékenyek a mechanikai igénybevételre A por, és piszok a csatlakozókon nagyon le tudja rontani az átvitel minőségét, és akár maradandó károsodást is okozhat Magas technikai felkészültség, drága precíz gyártósor szükséges a gyártáshoz Precíz, drága műszerek kellenek a teszteléshez, hibakereséshez, átviteli mérésekhez Az aktív hálózati elemek ára igen borsos Tápfeszültséget nem képesek továbbítani A teljes visszaverődést használják ki a kábelek. A fény egy valamilyen n1 törésmutatójú közegben haladva amint elér annak a határához ha ott egy n2 törésmutatójú anyaggal találkozik, és fennáll az n1>n2 akkor teljes visszaverődés következik be, ami által a fénysugár a belső közegben marad. Ha a belső közeg csillapítása igen csekély, akkor a fénysugár nagy távolságokat képes megtenni, és nem számít, hogy közben hányszor, vagy milyen irányba hajlítjuk a kábelt. A visszaverődések száma függ a fény hullámhosszától. Multi módusú szálak esetén 850 és 1300 nm-es hullámhosszú, mono módusú szálak esetén pedig 1310 és 1550nmes lézert használnak. Ezeknél az értékeknél a legjobb az átvitel.

3 Felépítés Különböző típusok Multi Módusú Minden kábelben van egy mag. Amely nagy tisztaságú üvegszál um-es átmérővel. Ebben halad a fénysugár. Ez körbe van véve egy 125um-es átmérőjű kisebb törésmutatójú héj -jal. Majd mindezt beburkolja a belső köpeny. A héj és a mag határán következik be a visszaverődés. A belső köpeny általában valamilyen akril alapú anyag 245um átmérővel. Szerepe, hogy védje a belső magot, és a héjat a külső szennyeződésektől, és a mechanikai hatásoktól. Ebben a rétegben találhatóak az aramid szálak is, illetve felépítése elég változatos attól függően, hogy a kábelt milyen területre szánták. Ezt burkolja kívülről a külső köpeny, amely tartást ad a kábelnek, és plusz védelmet. Ennek alapanyaga, illetve tulajdonságai szintén eltérőek a különböző típusú kábeleknél. A multi módusú szálak magátmérője relatíve nagy. Ez 50 vagy 62.5um-t jelent. A mag törésmutatója parabolikusan csökken a szélek felé. Így a jel nem egyszerűen visszaverődik, hanem elhajlik, ahogy a szélek felé közeledik. Tehát a mag tengelyén lassabban halad a fény mint a szélein. Ezt rétegeléssel oldják meg. 1Gbit/s adatátviteli sebesség mellett. A 850nm hullámhosszú lézer továbbítására az OM3-as besorolású kábelek valók inkább. Gyakorlatilag 10Gbites hálózatokat is létrehozhatunk kábelenként 300m-es maximális hosszal. Mono módusú A mono módusú szálak tényleg vékonyak. Mindössze 9um átmérőjűek. Ez a vastagság csak arra elegendő, hogy egyetlen fénysugara továbbítson. És karcsúsága miatt a fény a tengely mentén halad végig. Ebből következik, hogy nagyobb távolságok áthidalásakor szokták ezt a fajta felépítésű kábelt használni. Sávszélessége is nagyobb mint a multimódusú szálaké. 10Gbit-es hálózat 10km-es kábelhosszokkal is megvalósítható OS2-es besorolású kábelekkel. Telekommunikációban, gerinchálózatok telepítésekor találkozunk vele. Láthatólag egyre elterjedtebb az optikai hálózatokon történő kommunikáció. A jövőben ez a tendencia még inkább nőni fog, mert az átviteli követelmények lassan kinövik a rézkábelek korlátait. Természetesen ez nem azt jelenti, hogy egyszercsak minden UTP kábel eltűnik! Továbbra is megmaradnak, csak leszűkül a szerepkörük. Ahogy a Wireless technológiák elterjedésével az otthonokból eltűntek a patch kábelek, most az optikai gerinchálózatok nyomják kicsit a másik oldalról őket. Természetesen lesznek alkalmazások, ahová csak a réz alapú kábelezés jöhet szóba, elég csak egy irodaház CCTV rendszerére gondolni, ahol egy UTP kábelen közlekedik a kép, hang, és a tápfeszültség. A két struktúra megmarad egymás mellett, ki-ki azokon a területeken, ahol jobb a másiknál. Vezeték nélküli jelátviteli közegek WiFi: közepes hatótávolságú kapcsolati mód. A helyi hálózatok szintjén valósít meg rádiófrekvenciás kapcsolatot. Fejlődése során az IEEE (Institute of Electrical and Elektronics Engineers) több szabványt dolgozott ki, fejlesztett hozzá. A 2,4 GHz, vagy az 5 GHz frekvenciatartományban működik, hatótávolsága néhány száz méter lehet ideális körülmények között. Notebook-okban, tablet-ekben, okostelefonokban már beépítve található, otthoni PC-nek külön Wifi kártyán vagy Wifi stick-en áll rendelkezésre ez a lehetőség. Nagy előnye, hogy akár otthon, akár irodákban megszűnik a hálózati kábelek dzsungele, közös hálózati merevlemez-meghajtó szolgálhatja ki a számítógépeket, illetve sok nyilvános helyen alkalmazzák ingyenes internet hozzáférés lehetőségeként (kávézók, éttermek, stb ) IEEE szabvány Megjelenés ideje Működési frekvencia (GHz) Sebesség (jellemző) (Mbit/s) Sebesség (maximális) (Mbit/s) Hatótávolság beltéren (méter) Hatótávolság kültéren (méter) Eredeti ,4 0,9 2 ~20 ~ a ~35 ~120

4 802.11b ,4 4,3 11 ~38 ~ g , ~38 ~ y , ~50 ~ n ,4 / ~70 ~ ac ~140 ~350 Rádióhullámok Transzpoderek (műhold visszasugárzója), sávszélessége 500 MHz, 50 MB/s-os adatforgalom vagy 800 db 64 kbit/s hangcsatorna 2-40 GHz rádióhullámok Telefon membrán szénszemcsékkel (összepréselődnek) 4 KHz-ig Rádiótelefon cellázás: Hiper R>10 km Makro Mikro 0,1 km < 0,5 km Nano 10 m 50 m Piko 20 m 50 m 2G: a mobilkommunikáció második generációja. A digitális mobil hálózatok adattovábbításának eredeti módja. Sebessége nem számottevő. Tekinthetjük "nagymama" kompatibilis technikának, hiszen SMS küldésen, valamint telefonáláson kívül, valamint játékok letöltésén kívül másra nem alkalmas. 2.5G: A javított hardver és infrastruktúra nagyobb adatátviteli sebességekhez vezetett. A technológiának két alváltozata alakult ki: GPRS: A GPRS (General Packet Radio Service) egy csomagkapcsolt, IP-alapú mobil adatátviteli technológia. A GPRS adatátvitelt a szolgáltatók a hagyományos technológiák percalapú számlázása (amely nem veszi figyelembe, hogy adatforgalom is történt-e vagy csak készenléti állapotban volt a felhasználó) helyett adatmennyiség (kilobájt) alapján számlázzák ki. Hasznosítási területe a WAP, SMS és MMS mellett az internethasználat is, beleértve az e- mailezést. Az átlagos sebesség 30-40Kb/s, a hálózat elérhetőségét egy "G" jelzi a térerőt mutató csíkok sarkában. EDGE: Az EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) nagyjából háromszor gyorsabb kapcsolatot tesz lehetővé, mint a GPRS (~ Kb/s). A 2.5G tipikus képviselői a 5-6 éve megjelent, színes kijelzős, zene és videó lejátszásra, -ezésre, képek küldésére és fogadására, valamint internetezésre alkalmas telefonok. 3G Napjaink egyik legelterjedtebb hálózata. Segítségével a telefon használata során az adatok számos különböző technológiát, illetve frekvenciát használva kerülhetnek továbbításra. A legtöbb szolgáltató rendelkezik 3G lefedettséggel, hazánk három fő szolgáltatója, a Telenor, a T-Mobile, valamint a Vodafone is. Az elérhető sebesség jelentősen nőtt a 2.5G-hez képest: megfelelő lefedettség esetén akár 2Mb/s (2.000Kb/s) is lehet, mellyel nem jelent gondot a böngészés sem. 3.5G: Napjaink okostelefonjainak hálózata. Manapság a legelterjedtebb megoldás, segítségével 7.2Mbit/s sebesség érhető el. Internetes böngészés, videó letöltés, streamelés, zenehallgatás, zeneletöltés, fényképek küldése/fogadása, navigáció, GPS, stb. gond nélkül megoldható az arra alkalmas készülékek használatával. 4G A kifejezés csupán marketing célokat szolgál, mivel a szolgáltatók jelenleg nem tudják teljesíteni a lefektetett alapokat. Ennek következtében különböző neveket adtak a "4G" megoldásoknak: HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+: High Speed Download/Upload Packet Access, azaz nagy sebességű le- és feltöltésű csomag elérés. A 3G hálózatok fejlesztésének révén az elérhető sebesség 21Mb/s-re növekedett.

5 LTE: A Long Term Evolution a 3G hálózatok teljes lecserélését szolgálja. A nagyobb sebesség mellett a különböző adattovábbítási prtokollok is fejlesztéseken estek át. A teszthálózatok jelenleg 40-45Mb/s sebességet is képesek kiszolgálni, bár az elméleti maximum kb. ennek a háromszorosa. WiMax: eredetileg otthoni, vezeték nélküli internet szolgáltatásnak indult, de mára már a mobilpiacon is megjelent. Jelenlegi állapotában 40Mb/s sebességet biztosít a telefonok számára, de az ígéretek szerint ez a későbbiekben elérheti az 1Gbit/s sebességet is. Bluetooth A bluetooth rövid hatótávolságú, adatcseréhez használt, nyílt vezetéknélküli szabvány. Alkalmazásával számítógépek, mobiltelefonok (telefonkihangosítók) és egyéb készülékek között automatikusan létesíthetünk kis hatótávolságú rádiós kapcsolatot. Az 1.2-es verzió 1 Mbps-os, a 2.0-s Bluetooth pedig 3 Mbps-is adatátviteli sebességet tesz lehetővé a világszerte szabadon elérhető 2,4 gigahertzes frekvenciasávban. Európában és az Egyesült Államokban a 2,402 GHz és 2,480 GHz közötti 79 db 1 MHz-es sávban, Japánban a 2,472 és 2,497 GHz közötti 23 db 1 MHz-es sávban működik. Az adatcsatorna ebben a sávban másodpercenként 1600-szor változik véletlenszerűen ( szórt spektrumú frekvenciaugrás ). Egy hálózatban egy időben 1 mester eszközhöz legfeljebb 7 másik eszköz csatlakozhat. Az egymáshoz csatlakozott eszközök ún. personal area network-öt (PAN), más szóval piconet-et hoznak létre, ami például az egy szobában lévő eszközök által alkotott hálózatot jelenti (vagy az autóban a mobiltelefon és a fejhallgató közötti kicsiny hálózatot). A Bluetooth alacsony energiafogyasztása miatt különösen alkalmas hordozható eszközök számára. A Bluetoothnak nem jelentenek akadályt a falak. A készülékek osztályuktól függően az alábbi távolságon belül képesek kommunikálni: Osztály Teljesítmény Hatótáv mw (20 dbm) 100 méter 2 2,5 mw (4 dbm) 10 méter 3 1 mw (0 dbm) 1 méter NFC Az NFC (Near field communication) egy rövid hatótávú kommunikációs szabványgyűjtemény okostelefonok és hasonló (általában mobil) eszközök között, egymáshoz érintéssel vagy egymáshoz nagyon közel helyezéssel (maximum pár centiméter) létrejövő rádiós kommunikációra. Alkalmazási területe a kommunikációs kapcsolatok létrehozásához szükséges adatcsere (például bonyolultabb, magasabb szintű kapcsolatok, WiFi, Bluetooth, beállítási adatai) gyorsítása, valamint az eszközök közötti azonosítási folyamat (pl. mobiltelefon - headset) gyorsítása, elvégzése. Bluetooth és WiFi kapcsolatok segítése Az NFC nagyon alacsony sebességű adatátvitelt tesz lehetővé, de a kapcsolat extrém gyorsan jön létre két NFC kompatibilis eszköz között, ezért az NFC kiválóan alkalmas WiFi és Bluetooth eszközök gyors összekapcsolására, párosítására, kiváltva a lassú, nehézkes azonosítási folyamatot. Ebben az esetben az NFC kapcsolat csak a kapcsolat létrehozásában tölt be szerepet, a későbbiekben a kommunikáció, adatcsere már a gyorsabb adatátvitelt biztosító kapcsolaton (WiFi, Bluetooth) történik. Sávszélesség Számítógépek összekapcsolása a közös hardver és szoftver erőforrások elérése miatt szükséges. Ilyen közös erőforrás többek között lehet: winchester, DVD-ROM, Internet elérés, nyomtató, szerveren futó programok, közös adatbázis (gondoljunk csak a vasúti helyfoglalásra vagy a banki ügyintézésre). Ezeket nevezzük közös néven elérhető, közös erőforrásnak. Sávszélesség az a maximális adatmennyiség, ami egy hálózati csatornán egységnyi idő alatt átmegy. Egy kommunikációs csatornán átvihető legnagyobb és legkisebb jelfrekvencia különbsége, mértékét bps (bit per secundum)-ban adjuk meg. Hálózati kártyák, modemek sebességének jellemző mérőszáma. A hardver fejezetben a modemek alcím alatt ezeket láthattuk. A baud szintén a hálózatok sebességének mérésére szolgál.