Dr. Wührl Tibor Ph.D. MsC 01 Ea IP hálózati hozzáférési technikák
Kapcsolt hálózatok és azok fontosabb jellemzői Áramkör kapcsolás (circuit switching) A kommunikáció minden esetben az összeköttetés kiépítésével kezdődik, majd a végén az áramköri út bontásával ér véget. A kiépített kommunikációs csatornát az átvitelben résztvevők mindvégig foglalják. Csomagkapcsolás (packet switching) A kommunikációban részvevők az átviteli csatornát csak az egyes csomagok átvitele során foglalják (+overheadek). 2
Kapcsolt hálózatok és azok fontosabb jellemzői Áramkör kapcsolás (circuit switching) Két kommunikációs pont között a felépített kapcsolathoz dedikált átviteli útvonal áll rendelkezésre; Kis késleltetés; Kis késleltetési idő ingadozás (jitter); Magas kiépítési költségek; Magas üzemeltetési költségek. 3
Kapcsolt hálózatok és azok fontosabb jellemzői Csomagkapcsolás (packet switching) Költséghatékonyabb hálózati kialakítás; Költséghatékonyabb üzemeltetés; Nagy késleltetési idők; Nagy késleltetési idő ingadozás (jitter); 4
Dial-up (betárcsázós) Betárcsázós esetben a PSTN mint közvetítő hálózat funkcióját tölti be. 5
Dial-up (betárcsázós) Előfizetői csatlakozás: Analóg kéthuzalos távtáplált vonal (L2); Alapsávi ISDN (2B+D) Kis bitsebesség érhető el, a PSTN hálózat 64kbit/s átviteli sebességű csatornákra épül; Drága megoldás. 6
Dial-up (betárcsázós) Multimédiás felhasználás tekintetében a betárcsázós hozzáférés már csak történelem! Jelentősége manapság csak a kis adatátviteli sebesség igényű alkalmazásokban, vagy redundáns kapcsolati kialakításokban van. 7
xdsl hozzáférések Az elérhető maximális adatátviteli sebesség legnagyobb korlátját a PSTN maghálózata (core network) jelentette. A réz érpárból kialakított előfizetői hozzáférési hálózat jóval nagyobb tartalékokkal rendelkezik! A csomagkapcsolt hálózati hozzáférést továbbra is a réz hálózaton érjük el, de most kikerüljük a PSTN-t. 8
xdsl hozzáférések A helyi PSTN kapcsoló központba néhány ezertől, néhány tízezerig terjedő vonalszám (réz érpár) fut be. Az előfizetői forgalom első pontjának koncentrálását célszerűen itt kell megtenni. Az úgynevezett xdsl (Digital Subscriber Loop) technikák első változatai ezen gondolatmenet alapján alakultak ki. 9
xdsl hozzáférések 10
xdsl hozzáférések 11
xdsl hozzáférések A DMT esetén maximálisan 255 db 4 khz csatorna definiált (az elfoglalt sávszélesség pontosan 4,3125kHz, amit vivőtávolságnak is szoktak emlegetni), melyben digitális QAM-el történik az adat továbbítás. A feltöltési irányra maximum 31 db csatornát, úgynevezett upstream bin - t különítettek el, míg letöltésre 224 db csatorna (downstream bin) állhat rendelkezésre. 12
xdsl hozzáférések Tipikus ADSL csatornák és azok kihasználtsága: 13
xdsl hozzáférések Az előfizetői réz érpárban további tartalékok lelhetők fel, és ezek kiaknázása is természetesen megtörtént. Az átviteli sebesség növelhető, ha a egy adott réz érpár megfelelően zajmentes és a felső határfrekvenciája magas. Megjelentek az ADSL2 (2002); ADSL2+ (2003) és VDSL (2004) szabványok és ajánlások. 14
xdsl hozzáférések - VDSL A VDSL elnevezése a nagy sebességű átvitelt emeli ki (Very high bitrate Digital Subscriber Line). A hozzáférési technika sok rokon vonást mutat az ADSL-lel, hiszen a DSLAM-tól az előfizetőig a PSTN hálózat korábbi réz érpárja biztosítja a kapcsolatot. 15
xdsl hozzáférések - VDSL A földrajzilag a kapcsolóközponthoz közel található előfizetők (rövid réz előfizetői vonallal kapcsolódó) előnyös helyzetben vannak, mert VDSL technológiával lényegesen nagyobb letöltési sebességek érhetők el, mint az ADSL esetén. Réz előfizetői hozzáférési hálózat maximális hossza: Maximális elérhető adatátviteli sebesség a letöltési irányban: 0,0 km 100 Mbit/s 0,5 km 60 Mbit/s 1,0 km 40 Mbit/s 1,5 km 25 Mbit/s 16
xdsl hozzáférések - VDSL A földrajzilag a kapcsolóközponthoz közel található előfizetők (rövid réz előfizetői vonallal kapcsolódó) előnyös helyzetben vannak, mert VDSL technológiával lényegesen nagyobb letöltési sebességek érhetők el, mint az ADSL esetén. Réz előfizetői hozzáférési hálózat maximális hossza: Maximális elérhető adatátviteli sebesség a letöltési irányban: 0,0 km 100 Mbit/s 0,5 km 60 Mbit/s 1,0 km 40 Mbit/s 1,5 km 25 Mbit/s 17
xdsl hozzáférések - VDSL A VDSL műszaki jellemzőit az ITU-T G.993:1 ajánlás foglalja össze. A VDSL továbbfejlesztése VDSL2, illetve VDSL2+ elnevezéssel jelent meg. Szabványosítása az ITU-T G.993:2 ajánlásban valósult meg. Réz előfizetői hozzáférési hálózat maximális hossza: Maximális elérhető adatátviteli sebesség a letöltési irányban: 0,0 km 200 Mbit/s 0,5 km 100 Mbit/s 1,0 km 50 Mbit/s 1,6 km VDSL szerint működik 25 Mbit/s 18
xdsl hozzáférések - VDSL VDSL rendszertechnika (ITU-T G.993.2) 19
xdsl hozzáférések - VDSL VDSL spektrumhatárok: A 12MHz 30MHz tartomány kihaszálhatóságáról kizárólag a VDSL2 és VDSL2+ ajánlások rendelkeznek. 20
HFC hálózati hozzáférés CATV hálózat átalakulása Optikai gerinc; Kétirányúsított átvitel (feltöltési lehetőség). Eredmény: Nagy sávszélességű, előfizetőig tartó hozzáférési szakasz, melyen kétirányú digitális átvitel valósítható meg. HFC Hybrid Fibre-Coaxial 21
HFC hálózati hozzáférés Jelenleg műsorszórásra többnyire a 108 MHz - 862 MHz között rendelkezésre álló sávot használjuk, míg a visszirányú (feltöltési irány upstream ) kommunikációra a körülbelül 5 MHz-től az 65 MHz-ig terjedő sáv áll rendelkezésre (felső határ kitolás elképzelhető). 22
HFC hálózati hozzáférés A DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications) ajánlást a CableLab és több közreműködő cég (ARRIS, BigBand Networks, Broadcom, Cisco, Conexant, Intel, Motorola, Netgear, Terayon és a Texas Instruments) dolgozta ki. A DOCSIS 1.0 specifikációk 1997 márciusában jelentek meg, míg annak revíziója - DOCSIS 1.1 1999. áprilisban. 23
HFC hálózati hozzáférés DOCSIS 2.0 ajánlások 2001 decemberében kerültek kibocsátásra, mely ajánlásban szerepelt a megnövelt feltöltési adatátviteli sebesség, valamint a QoS (Quality of Service) képesség. A DOCSIS3.0 ajánlás tervezete 2006 augusztus hónapban jelent meg. 2011-ben jelentős bővítés. DOCSIS 3.1 2013 október. 24
HFC hálózati hozzáférés A DOCSIS3.0 hálózat NMS CM IPv4 CPE IPv6 CPE CMTS HFC Kezdeti konfigurációs rendszer CM IPv4 CPE IPv6 CPE Háttérirodai hálózat HFC hálózat Előfizetői hálózat 25
HFC hálózati hozzáférés A DOCSIS3.0 architektúra két fő komponensből áll: Kábelmodemből (CM Cable Modem); Kábelmodem végződtető rendszerből (CMTS Cable Modem Termination System). A CM a felhasználónál helyezkedik el, míg a CMTS a CATV fejállomásnál. 26
HFC hálózati hozzáférés Az EuroDOCSIS specifikáció tehát figyelembe veszi a nagyobb rendelkezésre álló csatorna sávszélességet és így ugyanannyi csatorna felhasználása esetén nagyobb átviteli sebességet képest biztosítani. Az európai HFC hálózatok csatorna felosztása 7, illetve 8 MHz sávszélességű egységekből állnak, míg az amerikai rendszerek esetén (NTSC történelem) 6 MHz a szokásos csatorna sávszélesség. 27
HFC hálózati hozzáférés A letöltési irány kezelése ütközés szempontból viszonylag egyszerű, mivel egy CMTS az adott szegmensben egyedül kommunikál egy letöltési frekvencián. Feltöltési irányban viszont ugyanazt a frekvenciát akár több száz kábelmodem (CM) is használhatja és a kábelmodemek között nincs közvetlen szinkronizáció. 28
HFC hálózati hozzáférés 29 A CMTS feladata a CM-ek feltöltési csatornájának hozzáférés ütemezése, vagyis az upstream adatfolyam szervezése. A DOCSIS protokoll értelmében minden CMnek kérnie kell a CMTS-től egy időkeretet, amikor kizárólagos jogot kap adott feltöltési frekvencia használatra. Ennek az időkeretnek a neve mini-slot. Egy mini-slot hossza 6,25 µs. Egy mini-slotban minimum 16, maximum 48 byte hasznos információ lehet, de egy limitált határig a CM kérhet több mini-slotot, így lehetőség adódik nagyobb mennyiségű adat feltöltésére is.
HFC hálózati hozzáférés A CMTS és a CM 32 bites időbélyeg számlálót, 32 bites mini-slot számlálót és 8 bites keretszámlálót használ. 30
HFC hálózati hozzáférés DOCSIS rendszerekben alkalmazott modulációs eljárások (feltöltési irány): QPSK; QAM-8; QAM-16; QAM-32; QAM-64; QAM-128; QAM-256; (EDS3.1) QAM-4096 (EDS3.1) {opcionális} 31
HFC hálózati hozzáférés Feltöltési irány konstellációs ábrák 32
HFC hálózati hozzáférés Letöltési irányban az alkalmazott modulációs eljárás szintén többszintű digitális QAM. Az állapot szám maximuma 256 (DS3.0). QAM-4096 (EDS3.1) {max 200MHz csatorna használat összefogással}. {EDS3.1-nél opcionális 8192QAM és a 16384QAM!} 33
HFC hálózati hozzáférés A CM-ben a DSP funkció folyamata (DS30.0): 34
HFC hálózati hozzáférés Összegzés: A HFC hálózaton valódi szélessávú átvitel és IP hálózati hozzáférés alakítható ki. Letöltési irányban EuroDOCSIS 3.0 (EDS3.0) rendszer esetén a csatorna összefogás eredményeképp 480Mbit/s letöltési sebesség minden gond nélkül elérhető! A kiépített HFC hálózatokra a DS eszközök költséghatékonyan telepíthetők! EDS3.1 esetén 10Gbit/s le-, 1Gbit/s letöltési sebesség az elméleti határ! 35
FTTx Az FTTx technikák képezik a másik, napjaink valódi szélessávú átviteli módszerét. FTTx = Fibre To The x Az x lehet: C Curb / Cabinet; B Building; H Home. 36
FTTx Kulcsszó: PON Passive Optical Network Mely költséghatékonyan lehetővé teszi az optikai átviteli megoldást akár az előfizetőig. Néhány fontos tulajdonság: A hálózati szakaszban nincs aktív elem; Passzív optikai splitterekkel az optikai szál szétosztható / többszörözhető. 37
FTTx Fény terjedése fényvezető szálban: 38
FTTx Összegzés: A jelenlegi technológiákkal és eszközökkel az előfizetőkhöz a megbízható, néhány Gbit/s adatátviteli sebességű hozzáférés is kialakítható! Mindez nem műszaki kérdés, hanem a szolgáltató üzleti modellje dönti el, hogy a felhasználó mit kap. Jelenlegi multimédiás igények (csúcs igények) az előfizetők otthonában 80 100Mbit / s. 39
Köszönöm a Megtisztelő figyelmet! Dr. Wührl Tibor Ph.D. wuhrl.tibor@kvk.uni-obuda.hu 40