Nyilvános kapcsolt. Probléma. Probléma (folyt.) nkábelek és/vagy tilos (magánvezet. Nagyobb távolst. nvezetékek nem keresztezhetnek.

Átírás

1 Nyilvános kapcsolt telefonhálózat Mihalik GáspG spár Telefonhálózat és s a számítógéphálózatok Kis távolst volságon a számítógépek összekapcsolhatók k közvetlenk zvetlenül l vezetékkel Nagyobb távolst volság g esetén n a magánk nkábelek fektetése drága és/vagy tilos (magánvezet nvezetékek nem keresztezhetnek köztulajdonban lévıl vezetékeket) A hálózattervezıknek a meglévı távközlési eszközöket kell igénybevenniük Probléma Ezeket a telefonhálózatokat emberi beszédhang átvitelére tervezték A digitális technika és s a fényvezetf nyvezetı szálak elterjedésével ez megváltozott A nagytávols volságú számítógép-hálózatok zatok és s a telefonrendszerek összefonódtak Számítógépes kábelk 10 9 b/s Telefonvonal 56*10 3 b/s ADSL-kapcsolattal is szeres különbség Probléma (folyt.) Egy ilyen rendszeren a legkisebb átvitel növelés is sokat jelenthet, ezért sokat foglalkoztak a lehetıségek kutatásával ~20000-szeres különbség A távbeszt vbeszélırendszer felépítése Alexander Graham Bell 1876-ban feltalálta a telefont (Puskás s Tivadar, Elisha Gray) Az elsı idıkben a készk szülékek csak párosp rosával mőködtek 1877-ben már m r a városokat v behálózt zták k a vezetékek kek Bell megalakította a Bell Telefontársas rsaságot, amely 1878-ban létrehozta l az elsı telefonközpontot New Haven-ben Telefonálás s folyamata 1. A beszélı megtekert egy kart, 2. Ennek hatására a központban k megszólalt egy csengı 3. Ez jelzett a telefonkezelınek nek 4. A kezelı megkérdezte a hívót, h kivel szeretne beszélni 5. Egy kapcsolókábel (jumper( cable) segíts tségével összekötötte tte ıket 1

2 Újabb igények Hamarosan minden városban v megjelentek Bell telefonközpontjai Az emberek már városok között is szerettek volna beszélni Emiatt össze kellett kapcsolni a telefonközpontokat A sok vezeték k megint problémát t jelentett Másodszintő telefonközpontok jelentek meg Végül ötszintő hálózatot alakítottak ki A különbk nbözı távbeszélırendszer topológi giák Teljesen összekapcsolt hálózath Központosított tott kapcsoló Kétszintő hierarchia A rendszer 1890-re a távbeszt vbeszélırendszer három h fıf része - kapcsolóközpontok, elıfizet fizetıi hurkok és s a központok k közötti k vezetékek már r mind a helyükön n voltak Ez lényegl nyegében 100 évig érintetlen maradt Fogalmak Végközpont (helyi központ) k Elıfizet fizetıi i hurok ( km) összes elıfizet fizetıi i hurok: nagyon sok rézr Távhívó központ (tandem központ) k Helyközi trönk Központközi zi trönk nkök Kapcsolódási si módokm Elıfizet fizetıi i hurkok sodrott érpár r (kezdetben szigetelt kábelek) k Kapcsolóközpontok között k koaxiális kábelek, k mikrohullámú összeköttetés, fényvezetf nyvezetı kábelek A múltban m a teljes rendszer analóg g volt, a tényleges beszédjelet tovább bbították Ma már m r az összes trönk és s kapcsolóközpont digitális csak az elıfizet fizetıi i hurok analóg Digitális rendszer elınyei Nem szüks kséges analóg g jelek helyreáll llítása Csak 0-t 0 és s 1-t 1 t kell tudni megkülönb nböztetni Könnyebben karbantartható Megbízhat zhatóbb Olcsóbb 2

3 Távközlési politika 1984 elıtt a Bell Systems, majd annak utódja az AT&T egyedül l nyújtott távközlési szolgáltat ltatást Az amerikai kormány beperelte monopol helyzete miatt felosztották k az AT&T-t Versenyhelyzet alakult ki: javult a szolgáltatások minısége, csökkentek az árak Magyarországon gon 1990-ben rendszervált ltás december 31-én felosztották k a Magyar Postát megjelent a Matáv v Magyar Távközlési Rt január r 1. lehetıvé vált az elıfizet fizetıi i hurkok megnyitása Piaci helyzet lassan alakul/alakult ki A hálózat h részei, r tulajdonosokra vonatkozó elıírások Helyi körzet k (LATA) helyi szolgáltat ltató (LEC) Helyi körzetek k között k közvetítı távbeszélı szolgáltat ltatók POP (Point( of Presence) ) központk Minden közvetk zvetítı szolgáltat ltató esetén n a felépített kapcsolatnak mind technikailag, mind pénzügyileg azonos paraméterekkel kell rendelkeznie Ugyanaz a cég c g nem nyújthat közvetk zvetítı távbeszélı szolgáltat ltatást és s helyi telefonszolgáltat ltatást egyszerre Változások a szabályoz lyozásban Az akkori jogi szabályok nem készültek fel a mobiltelefon hálózatokra, és s a kábeltelevk beltelevíziós hálózatokra Felismerték, hogy nem tartható fenn a szolgáltat ltatások szétv tválasztásasa Ezért engedélyezt lyezték k az integrált szolgáltat ltatások nyújt jtását 1966-ban volt egy kitétel, tel, amin nem változtattak: a számhordoz mhordozás, ami elıseg segítette a versenyt Elıfizet fizetıi i hurok A telefontársas rsaság g helyi központjk zpontját és s az elıfizet fizetıket köti k össze Régebben a körzetszk rzetszám és s a telefonszám eleje egyértelm rtelmően en megadta a helyi központot Lehet analóg és s digitális Digitális jelátviteln tvitelnél l analóg g vonalon szüks kségessé teszi a modemet 3

4 Probléma az átviteli vonalakkal Csillapítás energiacsökken kkenés [db/km], frekvenciafügg ggés Torzítás a jelterjedés sebességének különbözısége miatt Zaj Modemek Digitális jelátviteln tvitelnél l a jel spektruma széles (végtelen számú felharmonikus) Nagymért rtékő torzításnak és s csillapításnak snak vannak kitéve Alapsávi átvitel nem jój Vivıhull hullám m ( Hz közötti k szinusz) Moduláci ció: : amplitúdó-,, frekvencia-, fázismoduláció Moduláci ciók Sebességn gnövelés Nem lehet kizárólag a mintavételez telezési sebességet növelnin Nyquist-tétel tel: : 3000 Hz-es, zaj nélkn lküli li vonalon sem érdemes növelni n 6000 Hz fölé a mintavételez telezést A legtöbb modem 2400-szor vesz mintát (Baud) Az átvitt mintákba próbálnak mind több t bitet sőrítenis Fázismoduláció típusok csillagkép diagrammjai Kvadratúra * fázismoduláció (QPSK Quadrature Phase Shift Keying) Kvadratúra Amplitúdómodul moduláció (QAM-16 Quadrature Amplitude Modulation): 9600 b/s QAM-64: b/s További sebességn gnövelés A gyorsabb modemek többnyire t tudják k emulálni lni a náluk n lassabbak csillagkép p diagramjait Sok pont esetén n kevés s zaj már m problémát t okoz: hibajavítás TCM (Trellis( Code Modulation) ) 4 adatbit + 1 paritásbit V.32 (4a,1p), V.32 bis(6a,1p fax modemek), V.34(12b), V.34 bis(14b) 4

5 V.32 és s V.32 bis Adattovább bbítás s fajtái Szimplex Duplex Teljes duplex modemek ezt használj lják: különbk nbözı adási si-vételi frekvencia Sebességn gnövelés s határon túlt A szabványos modemek sebessége nem megy 33,6 kb/s föléf Ez az átlagos elıfizet fizetıi i hurok maximális adatátviteli tviteli sebessége a Shannon-tétel tel szerint Kétszer kell konverziót t végezni v D/A, majd A/D átalakítást Ha az átalakítások számát t egyre csökkentj kkentjük, k, elérhetj rhetjük k a 70 kb/s letölt ltést Digitális elıfizet fizetıi i vonalak A telefonos ipar 56 kb/s sebessége összevetve a kábeltk beltévé 10 Mb/s, vagy a mőholdas 50 Mb/s sebességével elég kevésnek tőntt Digitális szolgáltatások nyújtása az elıfizetıi hurkon keresztül: szélessávú adatátvitel lehetısége (ISDN 1980 s, DSL 1990 s) xdsl Digital Subscriber Line digitális elıfizet fizetıi vonal A legnépszer pszerőbb az ADSL (Asymmetric( DSL) Az eddigi modemek egy, az emberi hang átvitelére optimalizált lt átviteli csatornát használtak (f a =300 Hz, f f =3400 Hz) Megfelelı elıfizetés esetén leveszik a szőrıt 5

6 Az elıfizet fizetıi i hurok adatátviteli tviteli sebessége függf Vastagság Minıség Távolság Következmény Ha meghatározz rozzák k a sebességet, azt csak egy bizonyos sugarú körön n belül l tudják nyújtani Minél l nagyobb a kör, k annál l több t a potenciális elıfizet fizetı, De annál l kisebb a sebesség Eladható? Mini helyi központok telepítésével növelhetık a körök DSL követelmk vetelmények 1. Mőködnie kell a már m r létezl tezı 3- as kategóri riájú vezetékeken 2. A változv ltozások nem érinthetik a már r megvásárolt telefon és s fax készülékeket 3. Sokkal gyorsabbnak kell lenniük, mint a normál l vonalon biztosíthat tható 56 kb/s DSL megoldások A rendelkezésre álló ~1,1 MHz-es sávszélességet 3 részre r osztják: POTS (Plain( Old Telephone Service), feltölt ltési sáv, s letölt ltési sáv VDSL-nél a DMT (Discrete( MultiTone) ) eljárást használj lják Technikai leírás s (ADSL) A gyakorlatban megvalósíthat tható maximális sebesség g központhoz k közeli, k jój minıségő vonalon a 8 Mb/s Minden csatornán n belül l egy a V.34-hez hasonló eljárást alkalmaznak, QAM-val A mintavételi teli sebesség g nem 2400, hanem 4000 Baud A vonal minıségét t minden csatornán állandó megfigyelés s alatt tartják, és s dinamikusan igazítanak a sebességen, ha szüks kséges Technikai leírás s (VDSL) Megvalósíthat tható maximális adatátviteli tviteli sebesség g 100 Mbit/s távolságtól l függf ggıen (max méter m távolst volság g a központtk zponttól) Ehhez 30 MHz-es sávszs vszélességet használnak Magyarországon gon piaci kínálatban k szereplı maximális átviteli sebesség g 25 Mbit/s 6

7 DSL eszközök k tipikus elrendezése Vezeték k nélkn lküli li elıfizet fizetıi i hurkok A versenyhelyzet kialakításával az alternatív v szolgáltat ltatók k helyzete kicsit nehéz z a bevett helyi szolgáltat ltatókéhoz képest mivel azok kész k hálózattal h rendelkeznek Telepített vezeték nélküli megoldások - Wireless Local Loop (WLL): vezeték nélküli elıfizetıi hurok MMDS 1969-ben összesen 198 MHz sávszs vszélességő csatornákat jelölt lt ki az FCC vezérelhet relhetı televízi ziók k számára Ez nem lett népszern pszerő,, ezért visszavette az FCC a frekvenciasávokat vokat Az MMDS (Multichannel( Multipoint Distribution Service) többcsatornás s többpontos t elosztási si szolgáltat ltatás Az MMDS kis sávszs vszélessége miatt további frekvenciák k iránt is érdeklıdtekdtek Az MMDS és s az LMDS MAN-nak tekinthetı LMDS LMDS (Local Multipoint Distribution Service) helyi többpontos t elosztási si szolgáltat ltatás Amerikában GHz-en en,, Európában 40 GHz-en jelöltek ltek ki 1,3 GHz sávszélességet Ezt a gallium-arzenid arzenid félvezetık megjelenése tette lehetıvé Az LMDS elrendezése Trönk nkök és multiplexelés A telefon társast rsaságok szeretnék k minél olcsóbban összekötni a központjaikatk Mivel az árokásás s jelenti a legnagyobb költséget, igyekeznek minél l kevesebb kábellel megoldani a kapcsolatot A megoldás s az, hogy egy szálon egyszerre több t beszélget lgetés s is bonyolíthat tható legyen Frekvenciaosztásos multiplexelés Idıosztásos 7

8 Frekvenciaosztásos sos multiplexelés Hangcsatornák k sávszs vszélessége ~3000 Hz, a sávoknak 4000 Hz-es széless lességet biztosítanak tanak 3 csatornás elıcsoport csoport,, 12 csatornás B alapcsoport 5 csoport fıcsoportot, f 5 (CCITT) vagy 10 (Bell-rendszer) fıcsoport f mestercsoportot alkot Analóg g technika Hullámhosszoszt mhosszosztásos sos multiplexelés A fényvezetf nyvezetı szálas csatornákon a frekvenciaosztásos sos multiplexelés egy változatát t a hullámhosszoszt mhosszosztásos sos multiplexelést alkalmazzák WDM (Wave( Division Multiplexing) Ugyanaz, mint a FDM, de teljesen passzív, ezért rendkívül l megbízhat zható Idıoszt osztásos sos multiplexelés Rézvezetékes technológia TDM (Time Division Multiplexing) Digitális elektronika kezeli Emiatt a beszédhangot is át t kell alakítani digitális jelekké A bejövı jeleket a kodek alakítja 8 bites számokra, 8000 mintavétel/m tel/másodperc sebességgel mőködik (125 µs/minta) 8

9 TDM rendszerek elı elınyei Torzí Torzítások és zajok kevé kevésbé sbé érvé rvényesü nyesülnek Regeneratí Regeneratív ismé ismétlı tlıkkel a jel megtisztí megtisztítható tható A teljes útra megengedett zaj nagyobb lehet, mint analó analóg rendszerekben nem kell szé szétosztani a szakaszok kö között Sokkal hosszabb jó jó minı minıségő vonalak Digitá Digitális kö központokkal az egé egész rendszer digitá digitális PCM PCM (Pulse (Pulse Code Modulation) Modulation) impulzuskó impulzuskódmodulá moduláció ció A CCITT nem tudott megegyezé megegyezésre jutni a PCM nemzetkö nemzetközi szabvá szabványá nyáról Északszak-Ameriká Amerikában és Japá Japánban T1, T1, a vilá világ tö többi ré részé szén E1 rendszert haszná használnak A T1 vivı vivıvel 1,544 Mb/s Mb/s sebessé sebesség Az E1E1-gyel 2,048 Mb/s Mb/s sebessé sebesség érhetı rhetı el Egymá Egymásra multiplexelé multiplexelés T1T1-T2, stb., E1E1-E2, stb. PCM 30/32 keret, 16 keret -> multikeret Tömörítés Tömörítés Az átvitt adatok mennyisé mennyiségét tö tömörítéssel is lehet nö növelni A beszé beszédhang viszonylag lassan vá változik a vivı vivı frekvenciá frekvenciájához ké képest ezé ezért a 7 v. 8 bites leí leírás redundanciá redundanciát eredmé eredményez Tömörítési eljá eljárások Különbsé nbségi impulzuskó impulzuskód-modulá moduláció ció Deltamodulá Deltamoduláció ció Prediktí Prediktív kó kódolá dolás Tároljuk a jel változását! Kapcsolá Kapcsolási mó módok Telefonhá Telefonhálózat ké két fı fı része: Külsı lsı berendezé berendezések elı elıfizetı fizetıi hurkok, trö trönkö nkök Belsı Belsı berendezé berendezések kapcsoló kapcsolók A kapcsoló kapcsolók ké két mó módszert haszná használnak az adatok tová továbbí bbítására: Vonalkapcsolá Vonalkapcsolást, és Csomagkapcsolá Csomagkapcsolást Vonalkapcsolá Vonalkapcsolás vagy áramkö ramkörkapcsolá rkapcsolás Ilyenkor telefonhí telefonhívás eseté esetén a kapcsoló kapcsolóközpont keres egy olyan fizikai vonalat, amelynek segí segítsé tségével a ké két készü szülék összekapcsolható sszekapcsolható A kapcsolá kapcsolás addig aktí aktív marad, amí amíg a beszé beszélgeté lgetés tart Kezdetben a telefonkö telefonközpontban ülı szemé személy vé végezte a kapcsolá kapcsolást Késıbb ezt automatá automaták vé végezté gezték 9

10 Automata kapcsolóközpont Almon Brown Strowger Az automata kapcsolóközpont kitalálója Innen van a Strowger- kapcsoló elnevezése a telefonközpontoknak Vonalkapcsolás s folyamata A végpontok v közötti k összeköttetést létre l kell hozni a adatok tovább bbítása elıtt Tárcsázás és s a kicsengés s között k jelentıs idı is eltelhet: ez idı alatt keresi a központ k a lehetséges útvonalat Hosszú kapcsolatfelvételi idı Ha a kapcsolat létrejl trejött, tt, kicsi a késleltetk sleltetés Nincs torlódásvesz sveszély Üzenetkapcsolás A küldk ldı és s a vevı között nem jön j n létre l fizikai rézvezetr zvezetékes kapcsolat Az elsı kapcsolóközpont fogadja az üzenetet, megvárja a végét v és s tárolja t azt Ellenırzi a hibákat Majd továbbk bbküldi, és így tovább Az elsı elektromechanikus rendszer, ami ezt használta: a távíró Csomagkapcsolás Az üzenetkapcsolásnál l az adatblokk méretét t semmi nem korlátozza Router kapacitás, vonalfoglaltság g hosszú ideje Kifejleszették a csomagkapcsolást st Az adatblokk méretm retének felsı korlátja van A rövid r vonalfoglaltság g miatt lehetıség g az interaktivitásra 10

11 Összefoglalás Távbeszélırendszer topológi giák k (teljesen összekapcsolt, központosított, tott, hierarchikus) végközpont, elıfizet fizetıi i hurok, távht vhívó központ, trönk Modemek, moduláci ció fajtái Sávszélesség, mintavételi teli sebesség, jelzési sebesség Sebességn gnövelés, csillagkép diagrammok DSL és s jellemzıi, ADSL Vezeték k nélkn lküli li elıfizet fizetıi i hurok FDM, WDM, TDM PCM, tömörítést Vonalkapcsolás, s, üzenetkapcsolás, s, csomagkapcsolás Köszönöm m a figyelmet! 11