Technológiai, fizikai, gazdasági háttérismeretek Gyakorlat dr. Henk Tamás BME TMIT szept. 18.

Átírás

1 THSZ Távközlı hálózatok és szolgáltatások Technológiai, fizikai, gazdasági háttérismeretek Gyakorlat dr. Henk Tamás BME TMIT szept. 18.

2 A tantárgy felépítése 1. Bevezetés Bemutatkozás, játékszabályok, stb. Történelmi áttekintés Mai távközlı rendszerek architektúrája Technológiai, fizikai, gazdasági háttérismeretek 2. IP hálózatok elérése távközlı és kábel-tv hálózatokon 3. Kapcsolástechnika 4. Mobiltelefon-hálózatok 5. Jelátviteli követelmények, kodekek 6.Gerinchálózati technikák 7. Távközlı rendszerek telepítése és üzemeltetése 8. Forgalmi követelmények, hálózatméretezés 9. Jelzésátvitel 10. Távközlı rendszerek szoftver elemei 11. Hálózatok összefoglalása 12. Hálózati szolgáltatások 2

3 Gyakorlat Gyakorlat jellemzıi itt: Már elhangzott tananyag feldolgozása: Fizika, Digitális technika, Számítógép-hálózatok számszerősítések gyakorlati szemlélet ZH és vizsgakérdések lesznek a gyakorlatok anyagából is 3

4 Áttekintés Technológiai hajtóerı: Mikroelektronika fejlıdése Optika fejlıdése Rádiós hozzáférés fejlıdése Gazdasági háttérismeretek: Szabványosítás jelentısége Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata Fizikai alapok: Vezetékes és rádiós átviteli közegek jellemzıi 4

5 5

6 Technológiai hajtóerı Boole-algebra és memória jelfogólogikával: jelfogó relé kapcsolóközpontokban távgépíró távbeszélı számítógépekben Magyarországon: Kozma László professzor, Standard és BME 6

7 Technológiai hajtóerı Mikroelektronika fejlıdése: Gordon E. Moore, Intel Corporation, 1965 Moore-törvény, Moore s Law: a tranzisztorok száma egy integrált ák-ben 18 hónaponként megduplázódik Tapasztalat + önmagát beteljesítı jóslat Nanotechnológia: csíkszélesség < 100 nm : 65 nm csíkszélességő gyártósor, 2007: 45 nm Fizikai határa: ha elérik az atomi méreteket Elévülése: mindig tovább tolódik, ma 2019 Más megoldások: több végrehajtási szál, több processzormag, nanoelektronika. 7

8 Technológiai hajtóerı Nanoelektronika: Néhány nm mérető eszközök, pl. nanocsövek Atomi méretek => kvantumjelenségek figyelembe vétele Schrödinger egyenlet, a Maxwell egyenletek helyett Elektromágneses tér és az atomok kölcsönhatása Kutatási fázis, egyetemeken is (USA) Nanologikák, memóriák, szenzorok és aktuátorok BME - SZHVT: Csurgay Árpád professzor Mikor lesz ipari méretekben gazdaságos? Remek vizsgakérdés: mi a különbség a nanotechnológia és a nanoelektronika között? 8

9 Technológiai hajtóerı Optika fejlıdése: Elektronikus csomópontokkal: PDH + optikai kábel: 1980, 45 Mbit/s SONET optikai kábelen: 1984 SDH optikai kábelen: 1988, ma 40 Gbit/s 10 Gigabit Ethernet: 2002, 10 Gbit/s Technológiai burjánzás: FDDI-I&II, DQDB, SMDS, FR, DTM: nem skálázhatók ATM: bonyolult Optikai csomópontokkal (részben): Optikai hálózatok ma: max 10 Tbit/s iparban, 100 Tbit/s laborban max sávszélesség, mint elvi határ: ~ 200 THz, ~ 200 Tbit/s, van még hova fejlıdni! Remek kérdés: optikai kábel optikai hálózat 9

10 Technológiai hajtóerı Rádiós hozzáférés fejlıdése: 2G GSM HSCSD: max 64 kbit/s High Speed Circuit Switched Data TDMA országos lefedés 2,5G 3G HSDPA: max 7,2 Mbit/s 2005 High Speed Download Packet Access WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access lefedés csak nagy forgalmú területeken 10

11 Technológiai hajtóerı Összegzés: Hálózatok (csomópontok + átviteli utak) átviteli képessége versenyfutás! Végberendezések és felhasználók igénye kb ig: gondosan méretezett hálózatok : túlméretezett hálózatok lehetıségek és igények gyors fejlıdése, QoS biztosítása Mikor fordul vissza? 11

12 Áttekintés Technológiai hajtóerı: Mikroelektronika fejlıdése Optika fejlıdése Rádiós hozzáférés fejlıdése Gazdasági háttérismeretek: Szabványosítás jelentısége Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata Fizikai alapok: Vezetékes és rádiós átviteli közegek jellemzıi 12

13 Gazdasági háttérismeretek A szabványosítás jelentısége ajánlás recommendation, pl. ITU-T szabvány standard, pl. ETSI de jure de facto 13

14 Gazdasági háttérismeretek Egy megoldás szabványának születésekor: hajtóerı az iparban és a szolgáltatásban, pl. GSM ETSI Eu elıny De: nem lesz minden szabványból ipari / piaci termék! elınyt adhat annak, aki elırébb / hátrább jár, pl. PDH: ANSI 1962 CCITT (ITU-T jogelıdje) 1968 American National Standards Institute De Gaulle: Európa legyen az európaiaké! pl. SONET ANSI 1984, SDH ITU-T 1988, SONET módosítás ANSI 1988: SONET SDH átalakítás teljes lebontás nélkül technológia gazdaság politika 14

15 Gazdasági háttérismeretek Egy megoldás szabványának túlérésekor: akadályozza a modernebb technika elterjedését vagy optimalizálását pl. IPv4 IPv6 pl. távíró távbeszélı többet ér egy idejében elküldött távirat, mint a Bell-féle telefonnal való minden próbálkozás pl. PCM és PDH sebességek 15

16 Gazdasági háttérismeretek Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata 1,5 év múlva mérnökök lesznek: ideje olyan kifejezésekkel találkozniuk mint ipar és szolgáltatás Az ipari innováció lépései: alapkutatás: fıleg egyetemeken alkalmazott kutatás: fıleg ipari kutatóhelyeken fejlesztés: fıleg ipari fejlesztı egységekben publikációk szabványok szabadalmak termékek gyártása: ipari termelıhelyeken termékek piacképes termékek: kereskedı helyeken haszon 16

17 Gazdasági háttérismeretek Az ipari innováció lépései: 17

18 Gazdasági háttérismeretek A szolgáltatói innováció lépései: alapkutatás: fıleg egyetemeken alkalmazott kutatás: fıleg szolgáltatók kutatóhelyein fejlesztés: fıleg szolgáltatói fejlesztı egységekben ipari berendezések vásárlása szolgáltatási jog megvétele termékek szolgáltatása: szolgáltató egységekben ipari berendezések vásárlása piacképes termékek szolgáltatása: szolgáltató egységekben publikációk szabványok szabadalmak oligopólium termékek haszon 18

19 Gazdasági háttérismeretek Innovációs átfedések: idıben és témában alapkutatás alkalmazott kutatás alkalmazott kutatás fejlesztés: K+F fejlesztés kis sorozatú gyártás (null széria) Innovációs együttmőködések: ipar szolgáltatás egyetemek ipar és/vagy szolgáltatás Innovációs visszacsatolás: piacképes termékek ==> K+F 19

20 Gazdasági háttérismeretek Szolgáltatás-szabályozás, service regulation: a szolgáltatók és felhasználók érdekeit egyaránt védi versenyfeltételek szabályozása, pl. oligopol szolgáltatók számának meghatározása, szolgáltatási jog eladása, mőszaki feltételei, frekvenciagazdálkodása díjszabási feltételei, reklám feltételei, bírságolása. Magyarországon: Nemzeti Hírközlési Hatóság, NHH BME-TMIT: Sallai Gyula professzor 20

21 Áttekintés Technológiai hajtóerı: Mikroelektronika fejlıdése Optika fejlıdése Rádiós hozzáférés fejlıdése Gazdasági háttérismeretek: Szabványosítás jelentısége Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata Fizikai alapok: Vezetékes és rádiós átviteli közegek jellemzıi Néhány egyszerő modem szemléltetése 21

22 Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi számszerősítve: Sebesség határok: Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: 300 bit/s - 2 Mbit/s DC áthallás Koaxiális kábel, pl. 100 km: 2 Mbit/s Mbit/s áthallás csillapítás Földfelszíni és mőholdas rádió: 64 kbit/s Mbit/s µ-hullámú ák-k sávszélessége Optikai kábel, pl km: 2 Mbit/s - 40 Gbit/s gazdaságosság lézer-adó Optikai kábel, WDM: 40 Gbit/s - 10 Tbit/s gazdaságosság áthallás 22

23 Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi: Miért nem lehet átvinni a nullfrekvenciás komponenst (DC) és környékét fémvezetıkön? 1. Nagyfeszültségő védelem: vonaltranszformátorok minden berendezésben. 2. Távtáplálás: erısítık, jelfrissítık, végberendezések Hz és felharmónikusai zavarnak. 4. Koaxiális kábel: 60 khz alatt már nem véd a köpeny az áthallástól. 23

24 Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi számszerősítve: Hibaarányok: Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: 10-5, áthallás Koaxiális kábel, pl. 100 km: 10-5, áthallás Földfelszíni és mőholdas rádió: 10-3, rádiós zavarok Optikai kábel, pl km: 10-9 Optikai kábel, WDM: 10-4, WDM áthallás 24

25 Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi számszerősítve: Csillapítás ingadozás: Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: tőrhetı Koaxiális kábel, pl. 100 km: tőrhetı Földfelszíni és mőholdas rádió: db, nagyon rossz több utas terjedés => lassú és gyors fading vagy elhalkulás Optikai kábel, pl km: kicsi Optikai kábel, WDM: kicsi 25

26 Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi: Késleltetés ingadozás: Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: zavaró, hımérs. ing. Koaxiális kábel, pl. 100 km: zavaró, hımérs. ing. Földfelszíni és mőholdas rádió: zavaró, idıjárás vált. Optikai kábel, pl km: elhanyagolható Optikai kábel, WDM: elhanyagolható 26

27 Fizikai alapok Átviteli közegek Kábelek konstruálásának lehetıségei: szimmetrikus vezetékekbıl koaxiális vezetékekbıl optikai vezetékekbıl erısítık és jelfrissítık (regenerátorok) távtáplálása 27

28 Fizikai alapok Átviteli közegek Kábelek fajtái: légkábel (nem légvezeték!) földkábel: fagyhatár alatt (-60 cm) behúzó kábel: fagyhatár alatt folyami kábel tenger alatti kábel 28

29 Fizikai alapok Átviteli közegek Rádiós átvitel nagy távolságra: földfelszíni rádiós mikrohullámú ismétlı lánc km hosszú szakaszokból áll gerinchálózati kiegészítés Magyarországon is mőholdas átvitel pl. Eu - mőhold - USA, INTELSAT ma: inkább tenger alatti kábelek 29

30 Fizikai alapok Néhány egyszerő modem szemléltetése 30

31 ITU-T V.22, V.22bis V.22: 1980 (késıbb jav.) 600 v bit/s 600 baud, PSK/QPSK V.22bis: 1984 (késıbb jav.) 1200 v bit/s 600 baud, QPSK, QAM-16 A szabványok jan. 1-tıl ingyen letölthetıek (egy meg nem határozott próbaideig): 31

32 2400 bit/s, idıtartományban Két jel (a két irány) összege Fázisugrás megfigyelhetı Nem túlzottan sokatmondó 32

33 2400 bit/s frekvenciatartományban Oda-vissza irány külön sávban 1200 Hz irányonként Nagyobb sebességő modemes átvitelnél már nem ezt a módszert használják 33

34 1200 bit/s QPSK Jó minıségő átviteli út 34

35 1200 bit/s QPSK Rossz minıségő átviteli út 35

36 2400 bit/s QAM Elég rossz minıségő átviteli út 36

37 2400 bit/s QAM Még rosszabb minıségő átviteli út 37