HÍRKÖZLÉSTECHNIKA. 6.ea. Dr.Varga Péter János

Átírás

1 HÍRKÖZLÉSTECHNIKA 6.ea Dr.Varga Péter János

2 2 Hálózatok

3 Hálózatok osztályozása 3 Hírközlési hálózatok Műsorszóró hálózatok Információközlő és kapcsoló hálózatok Műsor szétosztó Közvetlen műsorszórás Műsor elosztó Távközlő hálózatok Számítógépes hálózatok

4 4 Számítógépes hálózatok

5 Definíció 5 számítógépek és a hozzájuk kötődő eszközök meghatározott szabályok (protokoll) szerint együttműködő, összekapcsolt rendszere. (Magyar Nagylexikon 16.)

6 Hálózat erőforrás-megosztás 6 Erőforrás-megosztás -Az egész rendszer kiváltképp rugalmas, hiszen a feldolgozási kapacitás újabb számítógépek csatlakoztatásával növelhető, az hálózati erőforrások azonnal megoszthatók (nyomtató, tárterület -adatok, program stb.)

7 Hálózat költségtakarékosság 7 Költségkímélő - gazdaságilag előnyös, ugyanis a rendszer kiépítésekor és üzemeltetésekor (erőforrásmegosztás, kommunikáció költsége...) is takarékosabb megoldást jelent az önálló számítógépek helyett.

8 8

9 Hálózat osztott munkavégzés 9 A számítógépek közötti kommunikáció segítségével a velük dolgozó emberek is képesek közvetlen vagy közvetett (levél) kommunikációra és lehetőség van az osztott munkavégzésre.

10 Hálózat adatbiztonság 10 Az adatbiztonságjobb lehet hálózaton keresztül, hiszen így egyetlen szakember felügyelheti a rendszert, aki naprakészen alkalmazhatja az adatok biztonságos tárolását biztosító lehetőségeket.

11 Számítógépes hálózatok csoportosítása 11 Gépek feladata szerint Kiterjedés (méret) szerint Nyilvánosság szerint Az adatátvitel sebessége szerint Átviteli közeg szerint Topológia szerint Adattovábbítás módja szerint

12 Gépek feladata szerint 12 Kliens-szerver hálózatok Peer topeer

13 Kiterjedés (méret) szerint 13 LAN(Local Area Network) - helyi (lokális) hálózat lehet egy irodában, egy épületben, egy intézmény különböző épületeiben (peer to peer hálózat is) MAN(Metropolitan AreaNetwork) -nagyvárosi hálózat egy városra vagy egy régióra (kistérség) kiterjedő hálózat WAN(Wide AreaNetwork) -nagy kiterjedésű hálózat a távolsági hálózat országot, földrészt fedhet le GAN(Global Area Network) világhálózat az egész világra kiterjedő, a teljes Földet behálózó, világméretű hálózat pl.: internet

14 Nyilvánosság szerint 14 Nyitott rendszerek Zárt rendszerek

15 Adatátvitel sebessége szerint 15 A másodpercenkénti adatmennyiség továbbítása (sávszélesség kifejezés) alapján: bit/másodperc kilobit/másodperc megabit/másodperc gigabit/másodperc bps Kbps Mbps Gbps

16 Adatátviteli közeg szerint 16 Vezetékes Koaxiális kábel Sodrott érpár STP, árnyékolt UTP, árnyékolatlan Optikai kábel Vezeték nélküli rádiós infravörös fény lézer fény

17 Topológia szerint 17 Pont-pont: egy kommunikációs csatorna csak két gépet köt össze. Biztonságos, de kiépítése költséges. Üzenetszórásos: a hostokközös kommunikációs csatornát használnak. Az adó üzenetét mindenki megkapja, de csak a címzett olvassa el. Ha a csatorna meghibásodik, akkor az egész hálózat működésképtelen lehet.

18 Pont-pont topológiák 18 Csillag Teljes (részleges) Gyűrű Fa

19 Üzenetszórásos topológiák 19 Sín Gyűrű Rádiós

20 Adattovábbítás szerint 20 Vonalkapcsolt Üzenetkapcsolt Csomagkapcsolt

21 21 Távközlő hálózatok

22 Távközlés története Magyarországon ig Telefonhírmondó, %-os telefonellátottság ig Szolgáltatások lassú fejlődése % telefonellátottság ig Rohamos fejlődés (mobil, szoftver, hardver, ) 2000-től

23 Távközlési hálózat elemei 23 Használói végpont Hozzáférési pontok Hálózati csomópont Használói végpont Hálózati végződés Hálózati végződés Jelzésátvitel Üzenetátvitel Alkalmazások Használói és hálózat hozzáférési pont között hozzáférési hálózat (access network) Hálózati csomópontok és közöttük létesített hálózat maghálózat (core network)

24 Hálózati Topológiák (1) 24 Szövevényes (mesh) Trönk áramkörök Részlegesen szövevényes Gyűrű topológia Hátránya: - költséges - összeköttetések száma Előnye: - redundáns - hibatűrő - takarékosabb - redundáns - hibatűrő - nagy sebességű - takarékos - redundáns

25 Hálózati topológiák (2) 25 Hierarchikus - takarékos - redundancia mentes Tandem összeköttetésű - takarékos - redundáns - nagyforgalmi pontok között Haránt összeköttetés

26 Távbeszélő hálózat felépítése Nemzetközi irányok Szekunder sík Topológia: - szövevényes Primer sík Tandem Tandem Topológia: - hierarchikus - haránt - tandem Hozzáférési hálózat 26

27 27 Nemzetközi központok (2 darab) Szekunder központok (9 darab) Szövevényes hálózat Primer központok (45 darab) Gyűrűs hálózat Helyi központok Gyűrűs, vagy fa topológia Kihelyezett fokozat Előfizetők Fa hálózati topológia

28 28 Magyarországi hálózat

29 29 A budapesti hálózat

30 30 Szolgáltatási területek Magyarországon

31 PSTN - Public Switched Telephone Network 31 PSTN - kapcsolt közcélú hálózat A telefonhálózatokat korábban tervezték, kizárólag beszédátvitelre 1876 Graham Bell feltalálja a telefont Pár órával ElishaGray előtt Készüléket lehetett vásárolni, a vezetéket a felhasználónak kellett kihúznia Minden felhasználó-pár között egy külön vezeték Egy év alatt a városokat behálózták a vezetékek

32 32 PSTN - Public Switched Telephone Network

33 PSTN 33 Gerinchálózat A A A A Központ Központ

34 Áramkörkapcsolás elve 34 E1 áramkör nyaláb (trönk) A 1. E4 E2 A 2. Ak. E5 E3 Jellemzők: Telefonközpont Fizikai összeköttetés Telefonközpont áramkör lefoglalás (pl. E1-A1-E6) hívás felépítés bontás alapsávi hang és kép/adatátvitel (0,3 3,4 khz) E6

35 Híváskezelés 35 E1 k1 k2 E2 E1 k1 k2 E2 Hurokzárás T-hang Digitek Csengetés Hurokzárás jelzése (számlázás) Hurokzárás Beszélgetés Bontási jelzések

36 Tárcsázás 36 Impulzus, tone(dtmf)

37 37

38 Digitális hangátvitel 38 A/D D/A P C M Gerinchálózat Gerinchálózat A D D A P C M Központ Központ

39 Dial-up hozzáférés 39 Betárcsázós internet A computerek digitális információi analóg jellé alakíthatóak, és átvihetőek a hagyományos telefonhálózaton Modem modulator-demodulator Amplitúdó moduláció Frekvencia moduláció Fázis moduláció

40 40

41 Dial-up hozzáférés 41 A/D D/A A P C Gerinchálózat M A D D M A P C A A Központ Központ A D Modem D/A D PC PC

42 Modem szabványok 42 ITU-T V bps ITU-T V.22bis 2400 bps ITU-T V bps (1984) ITU-T V.32bis 14.4 Kbps (1991) ITU-T V Kbps ITU-T V.34bis 33.6 Kbps (1994) ITU-T V Kbps downstream, 33.6 Kbps upstream(1996) ITU-T V Kbps downstream, 48 Kbps upstream

43 ISDN 43 Integrated Services Digital Network Digitális hang- és adatátvitelre alkalmas technológia Digitális Helyi Központ PCM Digitális összeköttetés Digitális Helyi Központ Alaphozzáférés(Basic Rate Access BRA) BRA 2B+D ( B = 64 kbit/s beszéd/adat, D = 16 kbit/s jelzés/adat) Primer hozzáférés(pra)

44 ISDN 44 Integrated Services többféle szolgáltatás Hang, video, adatátvitel Végponttól végpontig digitális átvitel A beszédkódoló a telefonkészülékbe van beépítve Jobb minőségű átvitel, nincs konverzió Ugyanazon a sodrott érpáron megy a jel keresztül Ez fontos a gazdaságosság miatt Csak a készüléket kell lecserélni, a vezetéket nem Az első kereskedelmi ISDN hálózat 1987-ben Lassan terjedt el, és mire betört volna, a kapacitása sokak számára már kevés volt Az otthoni Internet elterjedésével fellendült Az ezredfordulón az ISDN volt a legjobb technológia netezésre Ma a szélessávú technológiák (xdsl, kábel) miatt teret vesztett

45 ISDN -Interfész jellemzők 45 BRA 2B+D ( B = 64 kbit/s beszéd/adat, D = 16 kbit/s jelzés/adat) PRA 30B+D (B = 64 kbit/s, D = 64 kbit/s) jellemzők BRA PRA konfigurációk Vonali kód Pont - pont Pont- több pont S interfészen módosított AMI Pont-pont U interfészen HDB3 / AMI Jel sebesség 192 kbit/s 2048 kbit/sec impedancia Szimmetrikus 100 Ω Koax 75 Ω / szimm. 120 Ω Impulzus amplitudó 750 mv 2,37 V/ 3 V

46 ISDN hozzáférés referencia modell 46 Alaphozzáférés (Basic Rate Access BRA) TE#1 S NT2 NT1 TE#2 TA NT = Network Termination R TA = Terminal Adapter Primer hozzáférés (PRA) S NT2 NT1 U TA R ISPBX TE = Terminal Equipment U LT ET V Helyi központ LT ET V ET = Exchange Termination LT = Line Termination

47 47

48 Hozzáférési hálózatok xdsl 48 Telefonos ipar 56 Kbps (2000-ben) Kábeltévé ipar 10Mbps osztott kábeleken Műholdas cégek 50 Mbps ajánlatok Lépni kellett az internetezők megtartása érdekében Megjelenik a szélessávú (broadband) hozzáférés Inkább reklám mint valóság Nem egyértelmű mit értünk szélessávon xdsl különféle DSL változatok

49 Hozzáférési hálózatok ADSL 49 ADSL AsymmetricalDigital SubscriberLine Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal Használói vonalon: beszéd adatátvitel Használói végződés PSTN/ ISDN ADSL DSLAM ATM Access Network

50 50 Hozzáférési hálózatok ADSL

51 Hozzáférési hálózatok ADSL 51 Repeater Regenerátor Business Visszaállítja a jelet Erősítő Felerősíti a jelet ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig Deployment w/ Repeaters Deployment w/o Repeaters Service Provider Regenerator Regenerator Regenerator Consumer Government & Education

52 Hozzáférési hálózatok ADSL 52 Paraméterek (példa) Maximális leltöltési sebesség 18 Mbit/s Maximális feltöltési sebesség 1,5 Mbit/s Garantált leltöltési sebesség 6 Mbit/s Garantált feltöltési sebesség 0,5 Mbit/s

53 Hozzáférési hálózatok SDSL 53 SDSL Symmetric Digital Subscriber Line Szimmetrikus digitális előfizetői vonal n x 64 kbit/s átvitelére vonali sebesség k x 384 kbaudegy érpáron áthidalható távolság: 2 4 km (regenerálás nélkül) n x 64 kbit/s SDSL SDSL n x 64 kbit/s

54 Hozzáférési hálózatok SDSL 54 Paraméterek (példa) Maximális leltöltési sebesség 2 Mbit/s Maximális feltöltési sebesség 2 Mbit/s Garantált leltöltési sebesség 1 Mbit/s Garantált feltöltési sebesség 1 Mbit/s

55 Hozzáférési hálózatok HDSL 55 HDSL High bit ratedigital SubscriberLine 2 Mbit/s- os adatátvitelre regenerálás nélkül 2-4 km között, egy érpáron (regenerálás nélkül) 2 Mbit/s HDSL vonali sebesség 1160kBaud HDSL 2 Mbit/s

56 Hozzáférési hálózatok VDSL 56 HDSL (High bit-rate DSL) ITU-T G (1998) VDSL (Very-high-data-rate DSL) - ITU-T G (2004) Lényegesen nagyobb sebességű adatátvitel kis távolságokon 52 Mbit/s downstream,16 Mbit/s upstream Lehet szimmetrikus is (26-26 Mbit/s) 12 MHz sávszélesség Max. 1 km hatótávolság Inkább 300 méter

57 Hozzáférési hálózatok VDSL 57 szolgáltató Optikai illesztő egység VDSL sodrott érpár Upstream Downstream DownStream Távolság UpStream VDSL elosztó Interaktív TV sodrott érpár koax kábel 12,96 13,8 Mbps 1500m 1,6 2,3 Mbps 25,92 27,6 Mbps 1000m 19,2 Mbps 51,84 55,2 Mbps 800m (egyenlő a Downstreammel)

58 58 Hozzáférési hálózatok VDSL

59 Sávszélesség -Távolság Sávszélesség [Mbit/s] Kifejezetten rövid hurkos alkalmazásokra Túl kicsi sávszél több (3) HDTV csatornához Túl kicsi sávszél Triple Play alkalmazásokhoz 2 ADSL 1 km 2 km 3 km 4 km 5 km Távolság

60 60 Kábeltelevíziós hálózatok

61 A frekvenciasáv felosztása ,5 862 MHz RETURN PATH VISSZA IRÁNYÚ SÁV FORWARD PATH ELŐFIZETŐI IRÁNYÚ SÁV 5 16,1 17,5 48,5 56, MHz HKR rádiósáv átm adatátvitelre felhasználható sáv RI TV csatorna adatátv átm 87, / / MHz FM rádiósáv analóg KTV sáv hipersáv UHF sáv UHF sáv A FREKVENCIASÁV FELOSZTÁSA

62 62 Tipikus házhálózati struktúrák

63 63 Erősítő és elosztó

64 64 Előfizetői csatlakozók

65 65 Hálózat felépítése

66 66 IPTV szolgáltatás az interneten keresztül

67 67 FTTX hálózatok

68 68 FTTX = Fiber To The X X=Something FTTx FiberTo The x Fényvezető szállal a/az FTTB FiberToThe Building -épületig FTTC FiberToThe Curb-járdáig FTTD FiberToThe Desk asztalig FTTE FiberToThe Enclosure-kerítésig FTTH FiberToThe Home -lakásig FTTN FiberToThe Neighborhood-környékig FTTO FiberToThe Office -irodáig FTTP Fiber To The Premises helyiség/épületig FTTU FiberToThe User-felhasználóig

69 FTTxpéldák

70 FTTxelőnyei Nagy adatátvitel akár nagy távolságra is Könnyen feljavítható / bővíthető Alacsony üzemeltetési költség Nem zavarja az elektromos interferencia

71 Az FTTX-hálózatnagysága 71 Felhasználó és a csomópont közti távolság lehet 10m és 10km között. Az FTTX-hálózat100m és 2000m között változik az esetek többségében.

72 72 FTTH hálózat építő elemei

73 73

74 74 Jelátalakítók

75 Jelátalakítók 75 Az információt továbbító jeleket Pl.: hanghullámok vizuálisan értékelhető események stb. ahhoz, hogy tárolni, továbbítani tudjuk, elektromos jelekké kell konvertálnunk. Azokat az eszközöket, melyek különböző fizikai jeleket elektromos jelekké alakítanak, ill. visszaalakítanak jelátalakítóknak nevezzük.

76 Híradástechnikában alkalmazott 76 legfontosabb jelátalakítók Akusztikai jelátalakítók: Mikrofonok Hangszórók Vizuális jelátalakítók: Kamerák, képfelvevő csövek, CCD-k Képcsövek, LCD-k, Plazma megjelenítők

77 Mikrofonok 77 Hangfrekvenciás tartományban a levegő nyomásváltozását érzékelő eszköz Hanghullámokat elektromos jellé alakítja Típusai (legfontosabb): Szénmikrofon Dinamikus mikrofon Kondenzátor mikrofon Elektrét mikrofon Piezoelektromos

78 Szénmikrofon 78 A gerjesztő hangnyomás mozgásra készteti a fém membránt. A fém kosár felé elmozduló membrán zömíti a kitöltő szén töltőanyagot, míg a távolodó csökkenti annak zömítettségét -> ellenállás változás

79 Dinamikus mikrofon 79 A membrán elmozdulása hatására a lengő tekercs elmozdul az állandó mágnes által gerjesztett mágneses térben. A lengőtekercsben (mint erőkarokat metsző vezetőben) áram indukálódik. Az indukált áram arányos a gerjesztő hangnyomással.

80 Kondenzátor mikrofon 80 A hangnyomás hatására az egyik fegyverzet elmozdul, így közelebb, illetve távolabb kerül a másiktól (vagyis változik a d ). A változás kapacitásváltozást jelent. Q=U C A kapacitás változás nem más, mint a töltés tároló képesség változás, vagyis az R ellenálláson töltő vagy kisütő áram indul meg. Ez az áram arányos a gerjesztő hangnyomással.

81 Kondenzátor mikrofon 81 Kapacitás : C = ε A d

82 Piezoelektromos mikrofon 82 Egy megfelelő kristálysík mentén elvágott kvarc kristály korongból alakítják ki. A működés alapelve a piezoelektromos hatásbon alapul. A kristály a deformáció esetén polarizációs töltöttséget jelenít meg. A töltések elvezetéséhez a kristályra fémgőzöléssel (vákuumgőzölés) két érintkezőt gőzölnek (pl. aranyréteg)

83 Hangszórók 83 Elektromos jeleket hangnyomássá konvertáló eszközök. Legfontosabb típusai: Dinamikus hangszóró Piezo v. kristályhangszóró Kondenzátor hangszóró

84 Dinamikus hangszóró 84 Dinamikus mikrofon inverz működése

85 Piezoelektromos hangszóró 85 Elektrosztrikciójelenségét használja ki, miszerint: bizonyos kristályok alakja megváltozik, ha bizonyos pontjaira elektromos feszültséget vezetünk.

86 Kondenzátor hangszóró 86 A mozgó fegyverzet fémréteggel bevont vékony dielektrikum (általában műanyag), míg az álló fegyverzet egy perforált lemez.

87 Hangfalak, hangdobozok 87 Zárt hangdoboz: Reflex dobozok:

88 88

89 Vizuális jelátalakítók 89 Kamerák CCD CMOS

90 CCD 90 Charge coupled device Magyarul: töltéscsatlakozású képalkotó eszköz Félvezető lapkán képpontoknak megfelelő szigeteket alakítanak ki, melyeken a pillanatnyilag tárolt töltés arányos a képpontra jutó fény intenzitással. A színes kép érzékelését színszűrőkkel oldják meg.

91 CCD 91 Elkülönített fotószenzorok szabályos elrendezésben Töltés csatolt eszköz (CCDs) Terület CCD-k és lineáris CCD-k 2 terület típus: interline transfer és frame transfer fotóérzékeny tárolás

92 92 CCD

93 93

94 CMOS 94 Ugyanolyan szenzorelemek, mint CCD-nél Minden fotószenzornak saját erősítője van Több zaj esetén (redukálás fekete kép kivonásával) Alacsonyabb érzékenység Standard CMOS technológiát használ Más komponensek is lehetnek a chipen Smart pixels

95 95 CMOS

96 CCD és CMOS 96 Régebbi technológia Különleges technológia Magas gyártási költség Magasabb teljesítményfelvétel Magasabb kitöltési tényező Soros kiolvasás Aktuális technológia Standard IC technológia Olcsó Alacsonyabb fogyasztás Kevésbé érzékeny Pixelenkénti erősítés Véletlen pixel hozzáférés Chip-en integrált más komponensekkel

97 97

98 Forrás 98 Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Németh Krisztián: Távközlő rendszerek áttekintése