Hozzáférési hálózatok - DSL Hálózati architektúrák és rendszerek 2008 Készítette: Lulich Emese 2008. november 12. 1
Mi is az a hozzáférési hálózat? NHH definíciója az elektronikus hírközlő hálózat azon része, amely az előfizetőt köti össze az alaphálózattal Milyennek kell lennie? változó igények => rugalmas, tartalék => beruházásigénye nagy jövőbeli cél: FSAN (Full Service Access Network) Mik a jellemzői? szerkezete a távbeszélő hálózat kiépülése során alakult ki korlátozott területi lefedés (néhány km, néhány 10 km) kisebb átviteli sebességek (központközi, és gerinchálóhoz képest) általában felhasználónként dedikált csatorna (de lehet osztott) szolgáltatásonként specifikus technikák, mivel mások a végberendezések és a célok 2
Mi is az a hozzáférési hálózat? 3
Hogyan juthatunk el az előfizetőhöz? fém vezetékeken koaxiális kábelen (CATV, kábelmodem) csavart érpáron (PSTN, ISDN, DSL) villamosenergia-hálózaton (PLC) optikai vezetőn (FTTx, PON) vezeték nélkül (GSM, BWA: PAN, Wi-Fi, WiMAX) műholdon keresztül (nem last mile) hibrid megoldások 4
Szélessávú hozzáférést mindenkinek! Miért kell széles sáv? egyre olcsóbb végberendezések (PC, TV) megnövekedett igény => nagyobb átviteli sebességek új szolgáltatások bevezetésével => profit Hogyan növeljük a sávszélességet? az optikai hálózatok illetve a végberendezések is gyors ütemben fejlődnek, ellenben a hozzáférési hálózatokkal ez a szűk keresztmetszet => ezt kell fejleszteni 5
Szolgáltatások sávszélesség-igénye 6
Technológiai fejlődés 7
Milyen legyen a hozzáférési hálózat? előfizető elvárásai garancia: QoS (Quality of Service) rendelkezésre állás egyszerű használhatóság mobilitás transzparencia kis költség, gazdaságosság szolgáltató elvárásai gazdaságos költségszerkezet skálázhatóság => szolgáltatások fokozatos bevezetése, kiterjesztése menedzselhetőség szolgáltatások megbízhatósága és rendelkezésre állása szabványos megoldások Mire van hozzá szükség? hosszú fejlesztési folyamatra jelentős méretű beruházásokra 8
DSL a piacon Új szélessávú technológiák jelentek meg meglévő hálózatokon (olcsó, nem kell kiépíteni) kábeltévé hálózaton => kábelmodemes internet telefonhálózaton => DSL internet villamosenergia-hálózaton => PDSL újonnan kialakított hálózatokon optikai vezetőn (FTTx, PON) vezeték nélkül (BWA: PAN, Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX) hibrid megoldások Miért a DSL lett a legelterjedtebb? mivel sok szolgáltató volt => nyílt versenyhelyzet => árak csökkenése => elterjedt a technológia megelőzi a kábelmodemet, az FTTH-t és más technológiákat 9
DSL a piacon Új technológiák 10
DSL a piacon OECD 2007 június 11
DSL a piacon Múlt, jelen és jövő 12
Miért éppen a DSL? Honnan indult az egész? fel kellett zárkózni betárcsázós internet, 56 kbps átvitel ugyanekkor a kábeltévén 10 Mbps műholdon keresztül 50 Mbps Hogyan valósítjuk meg? előfizetői hurkot minél jobban használjuk ki => új jelfeldolgozási technikák csavart érpáron egyszerre adat és beszéd Mitől lassú a dial-up? ugyanazt a 4 khz-es sávot használja az adattovábbításra, mint amit a beszéd továbbítására Mitől gyors a DSL? az előfizető vonalát átkötik egy olyan kapcsolóra, amin nincs szűrő kihasználhatóvá válik a hurok teljes kapacitása 13
A szolgáltatás hatósugara a távolsággal csökken az átviteli sebesség kábelcsillapítás, reflexiók áthallások, interferenciák, zajok miatt legjobb: 2,5 km alatt legrosszabb: 5 km felett ezen felül még a szolgáltató is korlátozhatja a kínált sebesség csökkenésével az érdeklődők száma is csökken megoldás: sok helyi központot kell telepíteni repeatereket kell alkalmazni erősítő és jelregenerátor akár 16-ig kiterjeszthető (ADSL) 14
Miért előnyös a DSL? a meglévő sodrott érpárt használja => könnyű telepíteni ritkán lakott területre sem kell külön kivezetni még egy vezetéket, ha van telefonkábel ha nincs vezeték, akkor a sodrott érpár viszonylag könnyen telepíthető egy érpáron viszi át a hangot és az adatot nem kell osztozkodni a sávszélességen (egyéni garancia) előnyös, ahol folyamatosan szükség van sávszélességre kábelmodemnél és WLAN-nál felléphet torlódás a hálózati eszközök egyre olcsóbbak új épületen belül előnyösebb lehet az optikánál üzleti előfizetéseknél előnyt élvez a kábelmodemmel szemben 15
Mik a hátrányai? viszonylag kicsi átviteli sebesség a szolgáltatást befolyásolja a rézhálózat minősége a különböző gyártók eszközei között együttműködési problémák léphetnek fel az aszimmetrikus átvitel már nem felel meg az igényeknek (P2P) rövid a hatósugara viszonylag sűrűn lakott területekhez kötött az univerzális szolgáltatási kötelezettséget be kell tartani => költségesebb vidéken bekötni => nem biztos, megéri mobilitást nem igazán támogatja 16
Mi fenyegeti a DSL uralmát? ahol eddig nem volt vezetékes telefonvonal, ott kezdettől fogva telepíthetnek optikai szálakat az FTTH és a WLAN komoly versenytársak lehetnek nagyobb cégek már inkább optikát telepítenek a felhasználók egyre inkább igénylik a mobilitást a kliens-szerver architektúra és az aszimmetrikus hozzáférés nem felel meg a jövő felhasználói igényeinek a letöltéshez egyre nagyobb feltöltési sebesség a megosztott közeget használó technológiák (kábel, WLAN) előnyösebbek, ha éppen csak egy kliens használja őket (pl. éjszaka) ilyenkor ugyanazért az árért nagyobb sávszélesség 17
Hogy néz ki egy DSL-hálózat? hagyományos csillag topológia 18
Hogy néz ki egy DSL hálózat? hagyományos csillag topológia 19
ADSL Mitől aszimmetrikus? nem ugyanannyi sávszélességet hagy a fel- és letöltésnek szándékosan, mert az eredeti cél a böngészés volt ma már néha előnyösebb lenne a szimmetrikus (P2P, videotelefon) az átvitel során modulálják a jeleket kétféle eljárás CAP (Carrierless Amplitude Phase Modulation) QAM alapú modulációs eljárás 1996 óta nem használják DMT (Discrete Multitone Modulation) jelenleg ez a legelterjedtebb 1,1 MHz-es frekvenciasávon 256 csatorna frekvenciaosztásos nyalábolással (FDM) egy csatorna 4,3125 khz sávszélességű, 64 kbps átvitelre képes 0. beszédé (POTS) 1-5 üres (biztonsági sáv) 250 maradékból 1-1 jelző csatorna a fel- és letöltésnek nagyobb frekvencián nagyobb a csillapítás ha rossz egy csatorna átvitele, akkor nem használják 20
ADSL Hogy néz ki a spektruma? EC-ADSL (Echo-Cancellation) átlapolódnak visszhang-elnyomás szükséges FDD-ADSL (Frequency-Division Duplexing) szeparált a két irányú átvitel TCM-ADSL (Time Compression Modulation) felváltva használják, pingpong 21
Hogy néz ki az ADSL architektúra az előfizetői oldalon? első lehetőség POTS splitter szétválasztja a beszédet és az adatot ADSL modem mo-dem: modulátor-demodulátor digitális jelfeldolgozó (DSP) nagysebességű összeköttetés a PC-vel telepítéséhez szakemberre van szükség második lehetőség mikrofilter telefonkészülékenként (beszédet leválasztja => telefon felé) ADSL modem összeköttetés a PC-vel telepítés rábízható az előfizetőre harmadik lehetőség POTS splitter belső ADSL modem kártya 22
ADSL architektúra az előfizetőnél 23
ADSL architektúra az előfizetőnél ADSL modem splitter ADSL modemkártya mikrofilter 24
Hogy néz ki az ADSL architektúra a szolgáltatói oldalon? POTS splitter (váltószűrő) frekvenciaosztó szétválasztja a beszédet és az adatot DSLAM (DSL Access Multiplexer) nyalábolja a bitfolyamot, amit kap, és továbbítja az internetszolgáltató felé A/D átalakítást végez sok modemmel tart kapcsolatot egyszerre, de csak egy kimenete van (ATM vagy Ethernet) a kimenetén nagyobb a sebesség, ezért teheti meg, hogy nyalábol a DSLAM-ek jeleit összegyűjtik=aggregálják és elküldik a BRAS-hoz BRAS (Broadband Remote Access Server) szélessávú távoli hozzáférési kiszolgáló a DSLAM outputokat gyűjti össze, aggregálja QoS-t biztosítja, AAA funkciókat lát el ISP-hez (Internet Sercive Provider) kapcsolódik ATM-IP átjáróként funkcionál 25
ADSL architektúra a szolgáltatónál 26
ADSL architektúra a szolgáltatónál splitterek 27
ADSL architektúra a szolgáltatónál < DSLAM ADSL2 DSLAM > 28
ADSL architektúra a szolgáltatónál < rendező modemek > 29
A teljes ADSL architektúra 30
Költségcsökkentő megoldások az előfizetők számának növekedésével túl sok ATM interfészre lenne szükség => túl költséges lenne ezért alkalmazzák az alábbi technikákat DSLAM kaszkádosítás (Daisy Chain) mindegyik nyalábolja a beérkező adatokat hátrányai előfizetőnként különböző késleltetés igazságtalan sávszélesség-megosztás (kiéheztetés léphet fel) sérülékeny, mivel soros rendszer korlátozás (pl. Cisco max. 13-at garantál, szolgáltatók max. 3-4-et használnak) koncentrátorok alkalmazása (fa-struktúra) előnye, hogy a késleltetések ugyanakkorák max 13 (6+4+2+1) 31
DSLAM kaszkádosítás (Daisy Chain) 32
DSLAM koncentrátorok 33
ADSL szabványok 34
ADSL G.dmt (ITU-T: G992.1-1999) lényegesen nagyobb a letöltésre elkülönített sávszélesség a feltöltéssel szemben a webes böngészés igényei szabva max. letöltési sebesség 8 Mbps (általában 512 kbps-1 Mbps) max. feltöltési sebesség 1 Mbps (általában 64 kbps-256 kbps) a helyi központtól 3 km-es távolságig ideális technológia lakossági felhasználásra hagyományos hangátvitel és az adatátvitel osztozik a már meglévő sodort érpáron a felhasználók egy időben telefonálhatnak és internetezhetnek ugyanazon a vezetéken keresztül 35
ADSL G.lite (ITU-T: G.992.2-1999) a splitter telepítéséhez szakemberekre van szükség ez lényegesen megnöveli az ADSL vonalak költségét G.lite-ban ADSL modem + mikrofilter minden telefonkészülékhez mikrofilter csak a beszédsávot engedi át a felhasználó telepítheti, ezért jelentősen csökkennek a költségei a szabvány szerint 5,4 km-re növelik a maximális elérési távolságot ennek ára a kisebb sávszélesség 1,5 Mbps letöltési sebesség 512 kbps feltöltési sebesség 36
ADSL2 (ITU-T: G.992.3 vagy G.dmt.bis - 2002) jobb modulációs hatékonyság => letöltés max. 8-12 Mbps kb. 200 m-rel nagyobb hatótávolság átmenetileg a beszédcsatornát is használhatja az adat energiatakarékos üzemre képes figyeli, hogy van-e forgalom alacsonyabb jelszintek adaptív jelsebességre képes (SRA = Seamless Rate Adaption) 37
ADSL2+ (ITU-T: G.992.5-2003) bővíti a frekvenciatartományt => növeli a sávszélességet a hangátvitelre, illetve az adatfeltöltésre használt frekvenciák nem változnak a letöltési csatorna maximális frekvenciája 1,1 MHz-ről 2,2 MHz-re bővül a maximális letöltési sávszélesség 8 Mbps-ról 16 Mbps-ra nő 1,5 km-es távolságon belül 38
ADSL technológiák sebességeinek összehasonlítása 39
xdsl technológiák IDSL, UDSL IDSL (ISDN Digital Subscriber Line) 144 kbps-os átvitel nem sokkal gyorsabb a kétcsatornás ISDN-nél (128 kbps) nem használja adatátvitelre a beszédcsatornákat 2B1Q vonali kódolást használ, mint az ISDN UDSL (Uni-DSL) a Texas Instruments fejlesztette ki összesen 200 Mbps átviteli sebességre képes felfelé és lefelé 2B1Q: Two-binary, one-quaternary kódolási módszer a fizikai rétegben 4 feszültségszintet használ 1 feszültségszint két bitet jelent szomszédos kódolás szerint (Gray-kód) 40
xdsl technológiák RADSL, MSDSL, SDSL RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line) a vonal hosszától és minőségétől függően kalibrálja a sebességek arányát a feltöltési sebesség változtatásával MSDSL (Multi-Rate Symmetric Digital Subscriber Line) változtatható a fel- és letöltési csatornák aránya szolgáltatástól és ártól függően maximális sebesség felfelé és lefelé is 2 Mbps 8,8 km távolságig SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) szimmetrikus 3 km-ig használható nincs rajta hangátvitel kb. 72-2320 kbps-os átvitelre képes kis és középvállalkozások számára ideális 41
xdsl technológiák PDSL PDSL (Power Line Digital Subscriber Line) 1,6 és 30 MHz közötti frekvenciákat használják PLC modemre van hozzá szükség 256 kbps-tól 2,7 Mbps sebességre képes a modem (kis feszültségű hálózat) a repeaterek 45 Mbps-os sebességre képesek (kis feszültségű hálózat) 135 Mbps-os átvitelre képes a rendszer a fejállomás és az internet között (középfeszültségű rendszer) nagy problémája, hogy nagyon zajos (minden berendezés ki- és bekapcsolásakor impulzus zavarok lépnek fel) 42
xdsl technológiák PDSL 43
xdsl szabványok HDSL(2) (ITU-T: G.991.1-2001) HDSL High-speed Digital Subscriber Line nagysebességű digitális előfizetői vonal az első, ami a magasabb frekvenciákat is használja átvitelre T1 vonalakat használ az átvitelre, 1,544 Mbps többféle kódolást kipróbáltak, de végül a CAP-nál (Carrierless Amplitude Phase Modulation) maradtak meg Európában, ami képes a 2Mbps-os sebességre repeaterekkel 20 km-es sugárban használható HDSL2 ugyanekkora sebességre képes de nagyobb távolságra jut el 44
xdsl szabványok SHDSL (ITU-T: G.991.2-2001) Symmetric High-speed Digital Subscriber Line szimmetrikus nagysebességű digitális előfizetői vonal 192 kbps -2,3 Mbps sebesség mindkét irányban maximálisan 3 km-es távolságra beszédátvitel nincs viszonylag új DSL verzió inkább üzleti, mintsem lakossági felhasználóknak találták ki 45
xdsl szabványok V(H)DSL (ITU-T: G.993.1-2004) Very-high Rate Digital Subscriber Line nagy sávszélességű digitális előfizetői vonal 13 Mbps - 55 Mbps letöltési sebesség és 1-3 Mbps feltöltési sebesség szimmetrikus módban 26-26 Mbps mindkét irányban 300-1500 méterig csavart érpár, onnan optikai átvitel ez már képes a HDTV szolgáltatásra, ahogy VoIP-re is QAM vagy DMT modulációt használ 46
xdsl szabványok VDSL2 (ITU-T: G.993.2-2005) a legújabb és legfejlettebb DSL technológia 30 MHz-ig terjedő frekvenciatartományt használ 250 Mbps átviteli sebességre képes "helyben" (0 m) mindkét irányban egyszerre 100 Mbps-ra 300-500 méteren belül 50 Mbps-ra 1 km-en belül 1,6 km felett ugyanannyira képes mint az ADSL2+ DMT modulációt használ DSLAM kompatibilis az ADSL modemekkel, így az átállás "kényelmes" rá 47
xdsl szabványok VDSL2 (ITU-T: G.993.2-2005) 48
xdsl technológiák összehasonlítása rövid hurok esetén a legnagyobb sávszélességet, mind szimmetrikus mind aszimmetrikus módban a VDSL nyújtja az ADSL2+ nagyobb letöltési sebességet biztosít 3 km-ig, aztán azonos teljesítményt ad az ADSL2-höz és az ADSL-hez képest az ADSL és ADSL2 közel azonos letöltési és feltöltési sebességet ad 5 km-ig az SHDSL szimmetrikus kapcsolatot épít fel viszonylag hosszú vezetékeken is 49
Triple play Triple Play marketing elnevezés egy IP szolgáltatásra, amely magába foglalja a következő három szolgáltatást Internet (legalább 5 Mbps, interaktív gaming lehetséges) Televízió (legalább 3 TV csatorna egyidejű vétele háztartásonként vagy HDTV) Telefónia (VoIP, IP feletti beszédátvitel, videotelefon) inkább üzleti modell, mintsem technológiai szabvány Quad(ruple) Play ugyanez a három szolgáltatás, de vezeték nélküli közegen keresztül is 50
Triple play 51
Források A szövegek és a képek forrásai: A Wikipedia.hu bizonyos szócikkei: DSL, ADSL A Wikipedia.org szócikkei: Access Network, ADSL, MSDSL, RADSL, HDSL, SDSL, SHDSL, PDSL, 2B1Q, ISDN, IDSL, UDSL, VDSL, VDSL2 Magyar Tudomány 2007/7 HÁLÓZATI TECHNOLÓGIÁK FEJLŐDÉSE (írták: Cinkler Tibor, Vida Rolland) http://www.matud.iif.hu/07jul/03.html Hálózati architektúrák és rendszerek c. tárgy régebbi előadásdiái 2005 (Jakab Tivadar) Hálózati technológiák és alkalmazások c. tárgy 2008-as előadásdiái (Vida Rolland) Hozzáférési hálózatok előadásdiái 2005 (Vida Rolland) Távközlő hálózatok és szolgáltatások előadásdiák 2008 (Németh Krisztián, Henk Tamás) http://w3.tmit.bme.hu/thsz/ Infokommunikációs rendszerek integrálása előadásdiák 2008 (Jakab Tivadar) http://www.hit.bme.hu/~jakab/edu/ikri08/ngn_kov1.pdf Szomolányi Tiborné előadásdiái 2007 http://digitus.itk.ppke.hu/~takacsgy/access01.pdf és http://digitus.itk.ppke.hu/~takacsgy/access02-xdsl.pdf TMIT tanszéki mérési utasítás http://alpha.tmit.bme.hu/meresek/4-10-1.htm Informatikai betűszótár http://old.matisz.hu/hirek/csatolmany/2005/matisz_informatikai_betuszotar_20050825.doc http://pcforum.hu/szotar/qos.html http://www.kislexikon.hu/idsl.html http://www.hbone.hu/workshop2007/sandor_tamas_niifi_eloadas.pdf 52