BE Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar űszaki menedzser alapszak (BSc) INFOKOUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ENEDZSENTJE Dr. Babarczi Péter - Dr. Sallai Gyula BE Távközlési és édiainformatikai Tanszék Budapest, 2013 A tantárgy tematikája Bevezetés, infokommunikációs alapok Vezetékes beszédkommunikáció obil kommunikáció (beszéd, SS) Kábel TV hálózatok, műsorszolgáltatás Optikai transzport hálózatok egbízható hálózatok tervezése Szélessávú kommunikáció IP-alapú kommunikáció Hálózatmenedzsment Jövő Internet kutatási irányok Infokom erőforrások, frekvenciagazdálkodás Kutatás-fejlesztés és innováció-menedzsment IKR - Bevezetés 2
Informatika Hardver PC, munkaállomás Szerver Irodai informatikai berendezés Háttértárak, adatbázisok Szoftver Rendszerszoftver Hálózat menedzsment Alkalmazási szoftver Tartalomkezelés Hálózat Számítógép-hálózat, LAN Internet hálózat i az infokommunikáció? Hagyományos szakterületek összekapcsolódása IKR - Bevezetés 3 Távközlés Távközlési szolgáltatások Telefonszolgáltatás obil telefonszolgáltatás Adatátviteli szolgáltatás KábelTV szolgáltatás Távközlési berendezések Kapcsolástechnikai ber. Átviteltechnikai berendezések obil rádiós rendszerek Távközlési végberendezések Hálózati infrastruktúra Kábelek (réz, optikai), vezetékek Elektromágneses tér Antennák INFOrmatika + telekounikáció = INFOKOUNIKÁCIÓ Infokom termékek és szolgáltatások ICT termékek Hardver Szerver PC, munkaállomás Irodai informatikai berendezés Távközlési végberendezés Kapcsolástechnika Átviteltechnikai berendezések obil rádiós rendszerek Adatkommunikáció agánhálózati és egyéb ICT ber. Szoftver Rendszer szoftver Alkalmazási szoftver ICT szolgáltatások Informatikai szolgáltatások IT tervezés IT tanácsadás IT megvalósítás IT működtetés, menedzselés IT fenntartás, támogatás Távközlési szolgáltatások Telefonszolgáltatás obil telefonszolgáltatás Adat és bérelt vonali szolgáltatás Internet és online szolgáltatás KábelTV szolgáltatás Forrás: EITO IKR - Bevezetés 4
"Információs társadalmi szolgáltatások Egyéni kérelemre, távolból, "elektronikusan" nyújtott infokommunikációs alkalmazások (internet alapú, interaktív multimédia szolgáltatások/alkalmazások) Példák: on-line információs szolgáltatás: e-könyvtár, on-line újság, meteorológiai, pénzügyi információk, on-line tőzsdei, jogi, pszichológiai, egészségügyi tanácsadás on-line ügyintézés: biztosítás, ingatlan, utazás... on-line oktatás, távorvoslás e-kormányzat/közigazgatás: információs közszolgáltatások; adók, nyilvántartások, engedélyek, visszatérítések intézése, vélemény-nyilvánítás közügyekben interaktív szórakoztató szolgáltatás: video-on-demand (VoD), on-line video játékok, virtuális múzeum,... e- és m-kereskedelem: új értékesítési csatornák, e-piacterek, virtuális bevásárló központ; kiterjesztett termékek: értéknövelő szolgáltatások termékhez kapcsolása, fogyasztóhoz szabása mobil-specifikus szolg.: helyfüggő információk, navigálás IKR - Bevezetés 5 Az információs értéklánc integrálódik: információs társadalmi szolgáltatások, alkalmazások Információforrás Az információs, kommunikációs és média technológiák konvergenciájának bázisán Korlátok: beruházás, ráfordítás jogi tiltások piacismeret hiánya szakismereti hiány Tartalom digitális előállítása Tárolás, szerkesztés csomagolás Átvitel gerinchálózaton Elosztás hozzáférési hálózaton Fogyasztás, végkészüléken Felhasználó Termékelőállítás: Tartalom/AVmédia technológiák Információs Távközlés, technológia, adatközlés, számítástech. műsorterjesztés IKR - Bevezetés 6
A menedzselendő infokom rendszer Next Generation Network (NGN) LAN/WAN PABX IP-PABX Internet Adatbázis/adatközpont Videokonferencia Telefon IP telefon ISDN Telefax IP útválasztó Szélessávú fényvezetős (optikai) IP hálózat Videó KTV IKR - Bevezetés 7 üzenet szegmens H t csomag H n H t keret H l H n H t forráscsomópont alkalmazási transzport hálózati adatkapcsolati fizikai Beágyazódás H l H n H t adatkapcs H l H n H t fizikai kapcsoló H t H n H t H l H n H t célcsomópont alkalmazási transzport hálózati adatkapcsolati fizikai H n H t H l H n H t hálózati adatkapcs fizikai H n H t H l H n H t IP útvonalválasztó
i volt a 20. század legnagyobb mérnöki eredménye? A. Internet B. Számítógép C. Automobil D. Villamosítás 1. Electrification 8. Computers 2. Automobile 9. Telephone 3. Airplane 10. Air Conditioning and Refrigeration 4. Water Supply and Distribution 11. Highways 5. Electronics 12. Spacecraft 6. Radio and Television 13. Internet 7. Agricultural echanization Forrás: http://www.greatachievements.org/ IKR - Bevezetés 9 EU ICT kutatási tématerületek Smart Spaces including service-centred home and office Smart Energy Systems smart energy management, Green ICT Health & well-being including ambient assisted living, digital medicine Intelligent Transportation Systems: safer & sustainable traffic and transportation systems Future edia and Content Delivery entertainment, education, accessing media Smart Cities towards intelligent and sustainable digital cities IKR - Bevezetés 10
A Jövő Internetének víziója és kérdéskörei Társadalmigazdasági szempont Biztonság és bizalom Élő alkalmazások: Intelligens város, otthon, iroda, közlekedés, e-egészségügy, e-közig, energia, oktatás, 3D média, Agri&Food, stb. Fenntarthatóság & skálázhatóság Emberek Tartalom centrikus hálózat A NiCT jövőképe és FIA2011 Budapest és Poznan alapján Ön-menedzselő hálózatok Dolgok Ambiens és szenzor hálózatok IKR - Bevezetés 11 Intelligens energia hálózatok Smart Home, Smart etering, Smart Grid Néhány irányelv a Horizon 2020-ben Energiafelhasználás 20%-a megújuló energiaforrásból 2020-ra Szélenergia költségének 20%-kal való csökkentése 2020-ra Napenergia felhasználás 2010-es költségének felezése 2020-ra ICT önmagában jelentős energiafogyasztó, de nem ez a fő gond Jelenlegi energiahálózat több 100 éves, nem smart A legnagyobb gond az energia tárolása (a termelés és a fogyasztás összehangolása), pl.: csúcs órai forgalom eg kell oldani a visszatáplálást a rendszerbe: megújuló energiaforrások bekapcsolása ICT szerepe óriási a dinamikus kommunikációban!!! IKR - Bevezetés 12
Tartalom (Információ) centrikus hálózatok Publish/subscribe architektúra Az információ keletkezése és felhasználása elválik térben és időben, akár több felhasználója is lehet az információnak Pl.: RSS feedek, azonnali üzenetküldés Az ICN paradigma szerint a kommunikáció sokkal inkább arra irányuljon, hogy milyen információra van szükség ahelyett, hogy az információ hol található Hagyományos címzés (IP végpontokat címezzük) nem működik, architekturális változás szükséges Információ alapján címezzünk Alapelv használható peer-to-peer rendszerekben és adatközpontokban IKR - Bevezetés 13 Felhő számítástechnika Alapvető működési modellje a jelenlegi és jövő infokommunikációs szolgáltatásoknak Több 10 000 szerver, és folyamatosan növekszik!!! Felhők: adatközpontok + azokat összekötő dinamikus hálózat (pl. Facebook (magán), Google Docs, Amazon (publikus), stb.) Biztonság (security és privacy) agán jobban optimalizálható (pl.: energiafogyasztás) Virtualizáció: több millió végpont IKR - Bevezetés 14
Az információs világpiac (kb. 4.5 mrd ) Szórak. elektronika (7.5%) E- média - online tartalom médiaeszközök, tartalomszolgáltatás, Internet alkalmazások (40%) Informatika HW, SW, adatkezelés, feldolgozás (20%) Távközlés végkészülékek, hálózati berendezések, kommunikációs szolgáltatások (25%) RTV műsorterjesztés (7,5%) TERÉKEK SZOLGÁLTATÁSOK É-Amerika, Európa, Ázsia-Pacific kb. 30-30% IKR - Bevezetés 15 Az ICT gazdasági szerepének fázisai Információs társadalom 2008 Világ: szűken vett ICT 6,5% 1996 Ny-Eu: ICT 4,6% KONVERGENCIA HÁLÓZAT -ALAPÚ TUDÁS TÁRSADALO TERÉSZETES ONOPÓLIU Telefónia LIBERALIZÁCIÓ versenykörnyezet kialakítása obil telefon Szélessáv, mobilitás, multimédia Integrált információs társadalmi alkalmazások IKR - Bevezetés 1900 1985 2000 2012 16 [IDATE2009]
ICT/INFOKO ÉRNÖKI TEVÉKENYSÉG Ű S Z A K I V E Z E T É S FEJLESZTÉS Tudományos kutatás, kísérleti fejlesztés; technológia, termék, szolgáltatás, alkalmazás fejlesztés; szabadalmaztatás szabványosítás LÉTESÍTÉS Áramkörtervezés, rendszer-, hálózat, szolgáltatástervezés, testreszabás, beruházás; kivitelezés tervezés, megvalósítás ŰKÖDTETÉS Értékesítéstámogatás üzemeltetés, fenntartás, javítás, ügyfélgondozás, minőségbiztosítás, hálózat/szolgáltatás menedzsment VEZETÉS- TÁOGATÁS Tervezés, szervezés, koordináció, üzletfejlesztés, tanácsadás; innováció, IPR, szerződéskezelés Kulcs: űszaki, gazdasági, ügyfél és környezet szemlélet Probléma megoldás, alkotás, projekt, mérés, pontosság IKR - Bevezetés 17 BE Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar űszaki menedzser alapszak (BSc) INFOKOUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ENEDZSENTJE Infokommunikációs alapfogalmak Dr. Babarczi Péter - Dr. Abos Imre BE Távközlési és édiainformatikai Tanszék Budapest, 2013
ELEKTRONIKUS HÍRKÖZLŐ HÁLÓZAT Elektronikus hírközlő hálózat: átviteli rendszerek és - ahol ez értelmezhető - a hálózatban jelek irányítására szolgáló berendezések, továbbá más erőforrások, - beleértve a nem aktív hálózati elemeket is -, amelyek jelek továbbítását teszik lehetővé meghatározott végpontok között vezetéken, rádiós, optikai vagy egyéb elektromágneses úton, beleértve a műholdas hálózatokat, a helyhez kötött és a mobil földfelszíni hálózatokat, az energiaellátó kábelrendszereket, olyan mértékben, amennyiben azt a jelek továbbítására használják, a műsorszórásra használt hálózatokat és a kábeltelevíziós hálózatokat, tekintet nélkül a továbbított információ fajtájára. (2003. évi C. törvény az elektronikus hírközlésről) IKR - Alapfogalmak 19 JELEK OSZTÁLYOZÁSA Időben folytonos Időben diszkrét Diszkrét amplitudó Folytonos amplitudó Analóg jel Diszkretizált analóg jel intavételezett jel Digitális jel IKR - Alapfogalmak 20
JEL-ZAJ VISZONY A jel-zaj viszony (SNR signal-to-noise ratio): a jel (információ) és a háttérzaj teljesítményének hányadosa. A jel-zaj viszony (db): meghatározásánal a logaritmikus decibel-skálát használják. Arány 0,001 0,01 0,1 0,5 1 2 10 100 1000 db telj. -30 db -20 db -10 db -3 db 0 db 3 db 10 db 20 db 30 db db ampl. -60 db -40 db -20 db -6 db 0 db 6 db 20 db 40 db 60 db (P teljesítmény, A amplitudó) IKR - Alapfogalmak 21 ÁTVITEL ZAJOS CSATORNÁN Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára: ahol C = H log 2 (1 + S/N) bit/s C - a maximális adatátviteli sebesség (bit/s), H - az átviteli csatorna sávszélessége (Hz), S - az átlagos jelteljesítmény (mw), N - az átlagos zajteljesítmény (mw). Pl. H = 4000 Hz (beszédsáv) S/N = 16000 (tipikus) C = 4000 log 2 (1 + 16000) = 4000 14 = 56 kbit/s aximum 56 kbit/s adatátviteli sebesség érhető el, függetlenül a jelszintek számától. IKR - Alapfogalmak 22
APLITÚDÓODULÁCIÓ m a modulációs mélység IKR - Alapfogalmak 23 ODULÁLT JELEK SPEKTRUKÉPE Amplitúdómoduláció (A) oduláló jel spektruma Vivőfrekvencia Két oldalsávos A (A-DSB A Double Side Band) A modulált jel spektrumában a vivőfrekvencia mindkét oldalán megjelenik a moduláló jel spektruma, a két oldalsáv Két oldalsávos, elnyomott vivőjű A (SC - Supressed Carrier) IKR - Alapfogalmak 24 Csonka oldalsávos A (A - Vestigial Side Band)
FREKVENCIAODULÁCIÓ ω vivő mod = ω v + k U m cos(ω m t) ax. frekvenciaváltozás: frekvencialöket f = k U m odulációs index: m f (a frekvencialöket hányszorosa a moduláló frekvenciának) IKR - Alapfogalmak 25 ODULÁLT JELEK SPEKTRUKÉPE Frekvenciamoduláció (F) oduláló jel Vivőfrekvencia F-nél a modulált jel spektrumának sávszélessége a modulációs indextől függ. A grafikonbóól kapott α index alapján a modulált F jel sávszélessége B F : Normál F Szélessávú F IKR - Alapfogalmak 26
AZ ANALÓG HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA KÓDOLÁS, ODULÁLÁS DEODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS A zajos csatornán átvitt modulált információ: Eredeti információ Továbbított jel Vett információ (jel + zaj) IKR - Alapfogalmak 27 SHANNON INTAVÉTELI TÉTELE A mintákból az eredeti jel akkor állítható vissza, ha az f s mintavételezési frekvencia nagyobb az eredeti jel f max maximális frekvenciájánál: f s > 2f max A beszéd digitális átvitele: f max = 4000 Hz f s = 8000 Hz Kvantálási szintek száma = 256 (8 bit) Átviteli sebesség = 8000 8 = 64000 bit/s Az ISDN csatornák sebessége 64 kbit/s IKR - Alapfogalmak 28
DIGITÁLIS ODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Frekvenciamoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1 Fázismoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1 IKR - Alapfogalmak 29 DIGITÁLIS ODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Gaussian inimum Shift Keying 8 Phase Shift Keying inden 0-s vagy 1-es szimbólum átvitelekor a vivőfrekvencia fázisa megváltozik, és a változás iránya határozza meg, hogy 0 vagy 1 átvitele történt-e. A 8 fázisú modulációnál minden szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő. IKR - Alapfogalmak 30
DIGITÁLIS ODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Quadratic Phase Shift Keying QPSK jelkészlete QPSK vektorképe QPSK bittérképe IKR - Alapfogalmak 31 DIGITÁLIS ODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 16 Quadratic Amplitude odulation 16QA jelkészlete 16QA vektorképe 16QA bittérképe IKR - Alapfogalmak 32
DIGITÁLIS ODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 64 Quadratic Amplitude odulation 64QA bittérképe Konstellációs diagramok Kiszajú vétel Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik. SB ost Significant Bit IKR - Alapfogalmak 33 Fázisingadozás hatása A DIGITÁLIS HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA Tömörítés, kódolás, modulálás Demodulálás, dekódolás, kibontás Eredeti információ A zajos csatornán átvitt digitalizált információ: 10010111, 01001010, 11001010, 00110101, 01100100, 11011011, 10101100, 01001101 Továbbított információ Visszaállított információ IKR - Alapfogalmak 34
Kódolás Forrás csomópont (Információ- és kódelmélet) Forrás kódolás - Digitális információt tömör formában reprezentálni Titkosítás - Információ illetéktelenek előli elrejtése Csatorna kódolás - Információ hibátlan továbbítása Belső csomópont Hálózati kódolás - Összeköttetések versenyzés helyett együttműködjenek a gazdaságos erőforrás használatért Digitális jelek véges elemkészlet véges test Algebra IKR - Bevezetés 35