Infokommunikációs rendszerek 2.ea

Átírás

1 Infokommunikációs rendszerek 2.ea Dr.Varga Péter János

2 2 Mobil kommunikáció

3 3 A kommunikáció evolúciója

4 4

5 A kezdetek Detroiti rendőrség 2 MHz Egyirányú forgalom 1933 megvalósult a kétirányú kommunikáció

6 A kezdetek 6 Katonaság 1941-től Félduplex üzemmód Gyenge teljesítmény

7 A kezdetek 7 Bell Labs 1946 MTS (Mobil Telephone System) Max. 3 hívás 1 időben

8 A kezdetek MHz-en elindítják a szolgáltatást az átlagfelhasználó részére az USA-ban

9 A kezdetek Az Ericsson vezette be a világ legelső, automata mobiltelefonrendszerét Svédországban. A készülék kb. 40 kg-ot nyomott és értelemszerűen "Mobil Telephone A"-nak nevezték (MTA). A rendszer a 160 MHz-es sávban működött.

10 A kezdetek Április 3-án, a Motorola mérnöke, Martin Cooper a New York-i utcán sétálva (NEM autóban!) bonyolította le a világ első igazi utcai mobilhívását. A hívott fél a rivális cég, a Bell Labs egyik vezetője, Joel S. Engels volt. Az első mondatok pedig a következők: "Joel, Itt Marty Cooper, egy celluláris telefonról hívlak, igazi, kézi mobiltelefonról".

11 A kezdetek Magyarország Megalakul a Westel Rádiótelefon Kft., amely a legelső hazai mobiltelefon szolgáltatást nyújtotta a 0660-as előhívó segítségével még 450 MHz-en. Az alapító okiratot május 23-án írták alá, így a cég a Matáv 51%-os és a US West 49%-os tulajdona lett.

12 12

13 13 A mobilok generációi

14 Ahhoz képest, amivel kezdődött 14 Az a fránya akksi

15 Szabályozási szervezetek 15 Világszervezetek: International Electrotechnical Commission International Telecommunication Union International Organization for Standardization Európai szervezetek: Comité Européen de Normalisation Électrotechnique; European Telecommunications Standards Institute

16 16 A fejlődés lépései

17 1G rendszerek es évek vége, 1980-as évek eleje Analóg rendszerek Sok, egymással nem kompatibilis hálózat Skandináviában 1981-től Hazánkban 1990-től június 30-ig (Westel 0660) Jellemzően 450 Mhz körüli frekvenciasáv Viszonylag nagy, km átmérőjű cellák Gyenge beszédátviteli minőség, kevés szolgáltatásfajta

18 2G rendszerek es évek elejétől Digitális rendszerek Legelterjedtebb az európai tervezésű GSM GSM (eredetileg: Groupe Spéciale Mobile, később: Global System for Mobile Telecommunication, világméretű mobil távközlő rendszer)

19 19 GSM lefedettség a Földön (2009)

20 GSM - elterjedt, mert: 20 a kutatás-fejlesztés kellő időben, gyorsan (4 év) történt nyílt, továbbfejleszthető szabvány (ETSI) kezdettől egységes Európában (nem így volt USA-ban) egységes, átjárható rendszer (roaming) a SIM kártya koncepció vonzó (előfizető adatai készülékfüggetlenek) a hívó fél fizet csak (USA-ban ez nem így volt) az előre fizetés (pre-paid) lehetősége nagyon népszerűvé tette 900 MHz: országos lefedést is lehetővé tesz

21 21 GSM hálózatok felépítése

22 Bázisállomás-alrendszer 22 Bázisállomás (BTS) egy vagy több elemi adó/vevő átkódoló és sebességillesztő egység Bázisállomás-vezérlő (BSC) egy vagy több bázisállomást vezérel kapcsolás rádiócsatorna-hozzárendelés hívásátadás-vezérlés

23 Hálózati alrendszer 23 Mobil kapcsolóközpont (MSC) egy hagyományos kapcsolóközpont mobil-specifikus bővítésekkel autentikáció helyzetnyilvántartás hívásátadás BSC-k között barangolás stb.

24 24

25 GSM szolgáltatások 25 Beszédátvitel kodek sebessége 13 kb/s (később: 5,6 kb/s) kompromisszum: viszonylag gyenge hangminőség, jobb frekvenciakihasználtság SMS (Short Message Service, rövid szöveges üzenet szolgáltatás) 160 karakter max. Adatátvitel alapesetben 9,6 kb/s, később 14,4 kb/s

26 GSM szolgáltatások 26 HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, nagy sebességű áramkörkapcsolt adatátvitel) adatátvitel továbbfejlesztése: több 14,4 kb/s csatorna összefogása EMS (Enhanced Messaging Service, kibővített üzenetküldő szolgáltatás) egyszerűbb képüzenetek is MMS (Multimedia Messaging Service, multimédia üzenetküldő szolgáltatás) multimédia üzenet: kép, írott szöveg, hang együtt 2002-től elérhető szolgáltatás

27 GSM/GPRS szolgáltatások 27 WAP (Wireless Application Protocol, vezetéknélküli alkalmazás protokoll) leegyszerűsített Web-szerű alkalmazás GPRS (General Packet Radio Service, általános csomag alapú rádiós szolgáltatás) óta elérhető szolgáltatás csomagkapcsolt adatátvitel, a GSM kiegészítése előny: jobb kihasználtság fizetés kilobájt alapon, nem perc szerint sebesség kezdetben max. 56 kb/s

28 GSM/EDGE szolgáltatások 28 EDGE (Enhanced Data Rate for Global/GSM Evolution, kb. továbbfejlesztett adatsebesség a globális/gsm fejlődésért) 2003-tól használható: az áramkörkapcsolt adatátvitel gyorsítására: Enhanced Circuit Switched Data (ECSD) illetve a csomagkapcsolt adatátvitel gyorsítására: Enhanced GPRS (EGPRS)

29 29 Lefedettség: Telenor - 2G

30 30 Lefedettség: Vodafone - 2G

31 31 Lefedettség: T-mobile - 2G

32 3G rendszerek 32 UMTS : UMTS: Universal Mobile Telecommunications System, Egyetemes mobil távközlési rendszer Célok: jobb beszédhangminőség (PSTN-t elérő) jobb spektrumkihasználtság (földi és elvben műholdas is) nagyobb adatátviteli sebesség GSM kompatibilitás

33 UMTS szolgáltatások 33 Beszédátvitel: Adaptive MultiRate (AMR) kodek: ld. később 4,7 12,2 kb/s Adatátvitel, Internet elérés városban tipikus max. 384 kb/s vidéken tipikus max. 144 kb/s helyi rendszerben max. 2 Mb/s Multimédia szolgáltatások Értéknövelt szolgáltatások (nem csak 3G) chat, játékok, zene letöltése, stb. helyhez kötött szolgáltatások

34 HSPA szolgáltatások 34 HSPA (High-Speed Packet Access, nagy sebességű csomagkapcsolt hozzáférés) UMTS továbbfejlesztése nagyobb adatsebességek felé 2 protokoll közös neve: HSDPA (High Speed Downlink Packet Access, nagy sebességű csomagkapcsolt letöltési hozzáférés) akár 14 Mb/s HSUPA (High Speed Uplink Packet Access, nagy sebességű csomagkapcsolt feltöltési hozzáférés) akár 5,76 Mb/s Az UMTS része, annak részben továbbfejlesztése 3,5G néven is emlegetik nem minden 3G képes mobil végberendezés tudja

36 36 Lefedettség: Vodafone - 3G

37 37 Lefedettség: T-mobile - 3G

38 4G rendszerek 38 LTE (Long Term Evolution, hosszú távú fejlődés ) Letöltés akár 150 Mb/s, feltöltés akár 50 Mb/s szabvány szerinti max: 326/86 Mb/s, 20 MHz-es tartományt használva Teljesen átdolgozott rádiós hálózati rész OFDM moduláció, több antenna egy eszközben (MIMO) Teljesen IP alapú gerinchálózat

39 Többszörös hozzáférési technikák 39 FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) Idő Idő Idő Idő Frekvencia Frekvencia Frekvencia Frekvencia NMT 450 GSM UMTS LTE Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre álló frekvenciasávot

41 Lefedettség: T-mobile - 4G

42 42 Lefedettség: Vodafone- 4G

43 szeptember 29-e előtt

44 szeptember 29-e után

45 45 Mobil hálózatok fejlődése

46 46 Mobil hálózatok fejlődése

47 Cellák 47 A cella nagysága függ a földrajzi elhelyezkedéstől és a felhasználók számától, ill. az általuk használt QoS-től!

48 Cellás hálózat 48 Körsugárzó antennák R R R Zöld vonalon egyforma térerő a két antenna felől

49 49 Frekvencia újrafelhasználás elve a GSM-ben Azonos vivőfrekvenciát használó cellák, reuse factor:7 Két egymás melletti cellában nem lehet azonos frekvencia! Körsugárzó antennákat alkalmazunk

50 A frekvenciák kiosztása az LTE-ben 50 A cella közepén azonos frekvenciák, a cella szélén más frekvenciák!

51 51 Cella tervezés

52 Antennák - Szektor antennák 52 Dönthető antennák GSM szektorsugárzók

53 Antennák - Omni antennák 53 Toronyra szerelt omni antenna Kézi omni antenna

54 Mikrohullámú antennák 54 Mikrohullámú antennák: kapcsolat a hálózat felé (pár tíz GHz)

55 3G/4G antennák 55 Több antenna egy irányban (diversity, egyvivős megoldás) MIMO antennák (többvivős megoldás)

56 56 Beltéri antennák

57 Mobil eszközök teljesítménye 57 CPU: Octa Core Cellular: GSM/WCDMA/LTE Display Resolution: 1920x1080 Touch Screen Type: Capacitive Screen Display Size: 6.0 RAM: 3G Camera: 13.0MP ROM: 32G

58 58

59 59 NGN Újgenerációs hálózatok

60 Újgenerációs hálózatok 60 Next Generation Networks A nyilvános távbeszélő hálózat (PSTN) és a nyilvános adathálózat (PSDN) összenövéséből kialakuló sokszolgáltatású hálózatot értik rajta

61 61 Konvergáló hálózatok

62 A hálózati konvergencia hajtóerői 62 A beruházási és műszaki támogatási-üzemeltetési költségek csökkentése Összetett, nagy integráltságú alkalmazások megjelenése és az ezekhez kapcsolódó új igények Nagyobb hálózati rugalmasság, funkciógazdagság

63 Műszaki hajtóerők 63 A beszéd- és az adatszolgáltatásokra épülő piacok konvergenciája Újabb szolgáltatások Video, beszéd és adat integrálására alapozott egységes üzenetkezelés IP Centrex, IP Soft-PBX, Call Center E-Business Egységes IP platform különböző transzportok felett

64 Piaci hajtóerők 64 A távközlési és informatikai piacok versenye Pl. cégegyesülések/felvásárlások Konvergencia Alacsonyabb üzemeltetési és adminisztrációs költségek Szolgáltatások egy integrált beszéd-adat, fix-mobil hálózati infrastruktúra felett

65 NGN architektúra 65 egységes gerinchálózat, Három gerinc réteg: transzport, vezérlés és szolgáltatás, csomag alapú transzport, nyílt, szabványos IF-ek a rétegek között, sokféle szolgáltatás és alkalmazás támogatása

66 66 NGN architektúra

67 NGN alapú szolgáltatások jellemzői 67 Bárhol elérhető, valós idejű, multimedia kommunikáció Egyszerűbb használhatóság Megóvja a felhasználókat az információ összegyűjtésének, feldolgozásának és továbbításának komplexitásával kapcsolatos nehézségektől. Személyessé tehető szolgáltatások kialakítása és menedzselése Menedzselhető személyes profájlok, számlázási információk monitorozása, testreszabott felhasználói interfészek, alkalmazások, új alkalmazások létrehozása. IP alapú, QoS-képes

68 Szupergyors Internet Program (SZIP) 68 EMT/RMT DÜM MAPPING HTMR Előtervek OA THA FEM Megvalósíthatósági tanulmányok kidolgozása Dinamikus üzleti modell felépítése, opciók kezelése Szélessávú lefedettségi térkép összeállítása Koncepció és műszaki előkészítés Pályázat kiíráshoz szükséges műszaki előtervek elkészítése Open Access (Nyílt hozzáférés) irányelvek kidolgozása Tervezési és Hálózatépítési Ajánlás elkészítése Felügyelő Mérnöki rendszer kidolgozása

69 69 Mi a projekt fő célja

70 MI A DIGITÁLIS KÖZMŰ? 70 EU pénzből létrehozott Jelenlegi állami eszközöket bevonó Homogén, optikai hálózat Korlátlan kapacitást ad, valódi szélessáv Mindenki számára nyitott Hozzáférési versenyt biztosít Olcsó Internet Gyors hálózat Jelentősen megugró penetráció Rugalmas és olcsóbb kormányzati és közintézményi ellátás lehetősége Piaci logikával, önfenntartó módon működtethető

71 A DIGITÁLIS KÖZMŰ HATÁSAI millió lakos ~700 ezer vállalkozás Állami intézmények Önkormányzatok és intézményei Vasút, közút Infokommunikációs cégek Tartalom szolgáltatók Egyéb szolgáltatók Digitális Közmű Munka Tanulás Életminőség Videókonferencia Közigazgatás Adminisztráció Közös munka Távmunka Munka szélessávú Interneten Távoktatás Digitális Palatábla Videókonferencia Kistérségi könyvtárelérés Egészségügy (távdiagnosztika, recept, azonosítás, stb) Szórakozás (interaktivitás, kapcsolattartás) Közigazgatás Adminisztráció

72 Műszaki E2E minőségi elvárások 72 CoS QoS End-to-End (Maximumok) Szolgáltatási osztály (CoS) Rendelkezésre állás [%] Késleltetés [ms] Jitter [ms] Csomagvesztés [%] CoS 1: Hang (realtime) 99, % CoS 2: Video (streaming, 99, ,1% CoS 3: Adat (critical applications) 99, ,1% CoS 4: Best effort 99,

73 73 Távközlő hálózatok felügyeleti központja

74 74 Elérési hálózati technológiák

75 GIS 75 Geographical Information System A távközlési vállalatok megkezdték a nyilvántartási rendszereik konvertálását GIS alapú adatbázisokba A GIS információs modell alkalmazása a távközlésben, lehetőséget teremt a hatékony erőforrás, ügyfél és üzemeltetési folyamatok kezelésére

76 76 GIS Geographical Information System

77 Mapping 77

78 78 Hálózati struktúrák

79 79 Hálózati szintek

80 80 Optikai hálózatok kapcsolatai

81 81 Hálózati topológiák

82 82 Regionális hálózat, pl. megye

83 83 Körzethálózat, pl. járás

84 84 Városi, nagyvárosi hálózat

85 85 Hozzáférési hálózat

86 86 Csomóponti hierarchia

87 87 Csomóponti hierarchia

88 88 Síkokra szervezett hálózatok

89 89 Magyarország körzetei

90 90 Helyi sík

91 91 Gyűrűs hálózat

92 92 Algyűrűk

93 93 Gyűrűbe szervezett hálózat

94 94 Algyűrű

95 95 FTTX hálózat

96 96 FTTX = Fiber To The X X=Something FTTx Fiber To The x Fényvezető szállal a/az FTTB Fiber To The Building - épületig FTTC Fiber To The Curb - járdáig FTTD Fiber To The Desk asztalig FTTE Fiber To The Enclosure - kerítésig FTTH Fiber To The Home - lakásig FTTN Fiber To The Neighborhood - környékig FTTO Fiber To The Office - irodáig FTTP Fiber To The Premises helyiség/épületig FTTU Fiber To The User - felhasználóig

97 97 Hozzáférési (FTTX) hálózat

98 98 Példa FTTX topológia

101 101 Központi fejállomás

102 102 Fejállomás optikai rendező

103 103 Optikai tápszekrény

104 104 Földbe fektetett kábel

105 105 Nagyelosztó

106 106 Kiselosztó belseje

107 107 Szerelési tálca

108 108 FTTH nagyelosztó

109 109 KTV hálózatok

110 110 Technológiák

111 111 Idővonal

112 112 Fejlődés

113 Mi a WDM 113 WDM - hullámhossz-multiplexálás

114 114 WDM technológia pozícionálása

115 WDM fő tulajdonságai 115 Alap definíció: több, független jel egy szálon történő átvitele Lényeges tulajdonság: több, független jel egyetlen közös eszközzel történő erősítése

116 WDM hálózat gazdaságossága

117 117 WDM hálózat gazdaságossága

118 WDM rendszerek 118 összkapacitásának növelése WDM rendszerek összkapacitásának növelési lehetőségei: csatornaszám növelése sűrűbb csatornaosztás szélesebb sáv használata csatornánkénti sebesség növelése további fizikai dimenziók bevonása, pl. polarizáció

119 119 WDM spektrumok

120 CWDM rendszer 120 A betűszó első karaktere a coarse, angol kifejezésből eres, mely a durva hullámhossz osztásos multiplexelésre utal. A technológia bizonyos keretek között ugyan de képes kihasználni a teljes, azaz nmes sávszélességet (megfelelően kis csillapítású optikai szál esetén), melyen összesen 18 csatornát lehet létrehozni, melye 20 nm-es osztásban találhatók egymástól.

121 CWDM rendszer 121 A csatornáknál elérhető maximális sávszélesség 2,5 Gbit/s. Ebből következik, hogy a kialakított hálózati architektúrától függően, akár összesen 45 Gbit/s sávszélesség is elérhető uplink és downlink irányban 2 optikai szálas összeköttetéssel. A rendszerrel egy és kétszálas összeköttetést is megvalósítható. Hálózati topológiát tekintve pontpont. busz és gyűrűs megoldásokban használható.

122 122 CWDM rendszer

123 DWDM rendszer 123 A rendszer első karaktere a dense angol szóból ered, mely sűrűt jelent. A kifejezésből sejthető, hogy a csatornák sűrítéséről lehet szó, azaz a CWDM rendszerhez képest a csatornák kiosztása sűrűbben lettek elhelyezve a használható spektrális tartományban. Az így kialakított rendszerrel hasonló hálózati topológiákat lehet kialakítani, mint elődjével, azonban lényegesen nagyobb sávszélesség érhető el.

124 DWDM rendszer 124 Az első generációs DWDM rendszerek csatornánkénti sávszélessége 2,5 Gbit/s, mely megegyezik a legmodernebb CWDM rendszerével. Napjainkban a csatornánként elérhető maximális sávszélesség elérheti ezeknél a rendszereknél a 100 Gbit/s-ot. A csatornakiosztás generációnként és kialakításonként változhat. Leggyakrabban 50 GHz-es és 25 GHz-es csatornatávolságokat használnak. A csatornák száma elérheti a 160-at.

125 ROADM 125 Az újrakonfigurálható optikai Add-Drop multilexerek (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer - ROADM) az alapjai a dinamikusan átkonfigurálható sűrű hullámhosszosztásos nyalábolású (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM) rendszereknek, vagyis az úgynevezett Agilis Optikai Hálózatoknak (Agile Optical Network - AON). Az AON rendszerek felgyorsítják a triple play szolgáltatások fejlődését és lehetővé teszik magasabb szintű hullámhossz alkalmazások elterjedését alacsony áron

126 ROADM hálózatok 126 A ROADM alapú hálózatok alapvetően különböznek a konvencionális WDM hálózatoktól az újrakonfigurálható eszközök miatt. Az egyes WDM csatornák eltérő útvonalakon haladhatnak keresztül, ennek megfelelően különböző számú optikai erősítő kondicionálja az áthaladó jelet.

127 127 ROADM

128 128 WDM és a GPON

129 PON kapacitás növekedési trend G Bandwidth 100G 250G 100G 40G 40G 40G 10G Downstream Upstream 10G 2.5G 0.6G 0.15G 0.05G Generation 1994 TPON 1999 A-PON B-PON 2004 G-PON GEPON 2009 NG-PON1 XG-PON 10GEPON 2014 NG-PON2 TWDM-PON NG-PON3?

130 Mi a Triple Play? 130 A Triple Play a telefon, adat/internet és videó szolgáltatások olyan együttese, amely egyetlen átviteli közegen érkezik a felhasználóhoz. Ez az átviteli közeg lehet a KTV szolgáltató, koaxiális illetve optikai kábelekből álló hálózata, vagy egy telefonszolgáltató rézérpárakból álló hálózata.

131 131 Triple Play gazdasági szempontok

132 A hálózat konvergenciája 132 Egyetlen szolgáltató mindenhol Egységes szolgáltatások Egységes profil Közös számlázás Előnyös Szolgáltatónak Felhasználónak (?) Triple Play + 1

133 Változó szokások, trendek 133 Fix vonal használata dramatikusan csökken a klasszikus szolgáltatások körében Mobil felhasználók száma tovább növekszik annak ellenére hogy a penetráció már elég magas Szélessávú Internet telepítések gyors növekvési tendenciát mutatnak

134 134 Vezetékes telefonvonalak elterjedése és kihasználtsága

135 135 Mobil telefonok elterjedtsége és kihasználtsága

136 136 Technológiai hálózatok

137 Technológiai hálózatok 137 Közlekedési technológiai hálózatok Csővezetéki szállítás A villamosenergia rendszer technológiai hálózata Vízügyi hálózat

138 Közlekedési technológiai hálózatok 138 Vasúti technológiai hálózatot áruszállítást személyszállítás "Szállításirányítási Rendszer" (SZIR)

139 Közlekedési technológiai hálózatok 139 Vasúti optikai technológiai hálózat

140 Közlekedési technológiai hálózatok 140 Vízi-közlekedési technológiai hálózat GPS (Global Positioning System) INMARSAT (International Maritime Satellite Organisation) 1979 óta

141 Közlekedési technológiai hálózatok 141 Közúti-közlekedési technológiai hálózat UTINFORM elsősorban rádiós Vezetékes és vezeték nélküli megoldások

142 Közlekedési technológiai hálózatok 142 Légi-közlekedési technológiai hálózat Földi és a fedélzeti rádiólokáció Vezetékes és vezeték nélküli megoldások

143 Csővezetéki szállítás 143 Kőolaj, gáz, kőolajtermék csővezetéki szállítás hálózata Különcélú távközlő hálózat Távközlő kábelek nyomvonala megegyezik a csővezeték nyomvonalával

144 Csővezetéki szállítás 144 Vízvezetéki szállítás hálózata Optikai hálózat

145 Csővezetéki szállítás 145 Szennyvíz csatorna hálózata Optikai hálózat

146 146

147 A villamosenergia rendszer 147 technológiai hálózata Független kétutas elérhetőség Mikrohullámú gerinchálózat Optikai gerinchálózat

148 148

149 149 A villamosenergia rendszer technológiai hálózata A Magyar Villamos Művek hálózata

150 Forrás 150 Dr. Maros Dóra: Mobil rendszerek NMHH: Új frekvenciákat kapcsol be a digitális gazdaság vérkeringésébe az NMHH TFERI.hu: Mobilok története Németh Krisztián: Mobiltelefon-hálózatok Németh Krisztián: Mobiltelefon-hálózatok: UMTS Danka Annamária: MOBILKOMMUNIKÁCIÓ Dr. Berke József: A mobilkommunikáció története HTE: TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK ÉS INFORMATIKAI SZOLGÁLTATÁSOK Takács György: A távközlési hálózattervezés sajátosságai BME VIK: Infokommunikációs rendszerek és alkalmazásuk jegyzetek Engedi Antal: Tervező és szakértő mérnök Magyar Mérnöki Kamara Jakab Tivadar: NGN motivációk, hajtóerők, trendek Jakab Tivadar: NGN hálózati architektúra