2003-as tanév. Jegyzetelték: Lakat Máté, Groll Bálint

Távközlő Hálózatok Órai jegyzet

BME VIK Műszaki informatika szak 2002/2003-as tanév

Jegyzetelték: Lakat Máté, Groll Bálint

Előadták: Dr. Henk Tamás (1-6. fejezet) Dr. Cinkler Tibor (7. fejezet) Dr. Csopaki Gyula és Dr. Ziegler Gábor (8. fejezet)

BME TTT

1

Tartalomjegyzék BEVEZETÉS ......................................................................................................................................................... 6 A TTT TANSZÉK .................................................................................................................................................. 6 Rövid ismertető................................................................................................................................................ 6 A Tanszék szerepe az egyetemi oktatásban ..................................................................................................... 6 TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK ...................................................................................................................................... 6 Előadók, elérhetőségeik .................................................................................................................................. 6 TH oktatási anyagok ....................................................................................................................................... 6 Magyar nyelvű irodalom ................................................................................................................................. 7 TH követelmények ........................................................................................................................................... 7 TH célkitűzése ................................................................................................................................................. 7 Tárgy jellege.................................................................................................................................................... 8 Kapcsolódó tárgyak ........................................................................................................................................ 9 TH fejezetei...................................................................................................................................................... 9 1. INFORMÁCIÓKÖZLŐ HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE .............................................................................. 10 BEVEZETÉS ........................................................................................................................................................ 10 Az Egyszerű hálózati modell ......................................................................................................................... 10 1.1 ALAPTECHNOLÓGIÁK FEJLŐDÉSE ................................................................................................................. 10 Dinamikus alkatrészek, intelligencia............................................................................................................. 10 Hosszútávú, nagy kapacitású memóriák ....................................................................................................... 11 Átviteli utak ................................................................................................................................................... 11 1.2 HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE VILÁGSZERTE ........................................................................................................ 11 Elektronikus hálózatok fejlődése ................................................................................................................... 11 AT&T, Amerika, Európa a korai időkben ..................................................................................................... 11 Mai helyzet világszerte .................................................................................................................................. 12 Mai helyzet Nyugat-Európában .................................................................................................................... 12 Modellezés - logisztikai görbe....................................................................................................................... 13 Gazdasági hatások ........................................................................................................................................ 14 1.3 TH FEJLŐDÉSE MAGYARORSZÁGON ............................................................................................................ 15 1938 -ig:........................................................................................................................................................ 15 1945-90 ......................................................................................................................................................... 16 1990- ............................................................................................................................................................. 16 2. INFORMÁCIÓKÖZLŐ HÁLÓZATOK TECHNOLÓGIAI ÁTTEKINTÉSE........................................ 19 BEVEZETÉS ........................................................................................................................................................ 19 2.1 TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK............................................................................................................................... 19 Bevezetés -hálózati síkok............................................................................................................................... 19 2.1.1 Keskenysávú távközlő hálózatok .......................................................................................................... 19 2.1.2 Szélessávú távközlő hálózatok .............................................................................................................. 32 Összefoglalás - technológiai rétegek............................................................................................................. 41 2.2 SZÁMÍTÓGÉP HÁLÓZATOK ............................................................................................................................ 43 Bevezetés - IP alapú hálózatok...................................................................................................................... 43 Klasszikus IP hálózatok................................................................................................................................. 43 QoS IP hálózatok........................................................................................................................................... 45 Mobil (mozgó) IP hálózatok.......................................................................................................................... 47 IP hálózatok áttekintése ................................................................................................................................ 49 VEGYES TECHNOLÓGIÁK .................................................................................................................................... 50 INFORMÁCIÓ KÖZLŐ HÁLÓZATOK - BEFEJEZÉS................................................................................................... 50 3. HÁLÓZATOK FELÉPÍTÉSÉNEK ELVEI ................................................................................................. 51 BEVEZETÉS ........................................................................................................................................................ 51 3.1 HÁLÓZATOK ÖSSZEKAPCSOLÁSA ................................................................................................................. 51 Bevezetés ....................................................................................................................................................... 51

2

Hálózatok egyenrangú összekapcsolása........................................................................................................ 51 Hálózatok hierarchikus összekapcsolása ...................................................................................................... 52 ZH kérdések................................................................................................................................................... 52 3.2 HÁLÓZATOK ELEMEI .................................................................................................................................... 53 Bevezetés ....................................................................................................................................................... 53 Hálózati réteg elemei .................................................................................................................................... 53 Csomópontok feladatai.................................................................................................................................. 53 Hálózati réteg feladata.................................................................................................................................. 54 3.3 HÁLÓZATOK OSZTÁLYOZÁSA ....................................................................................................................... 54 PÉLDÁK.............................................................................................................................................................. 55 3.4 HÁLÓZATOK FUNKCIONÁLIS MODELJE ......................................................................................................... 55 Bevezetés ....................................................................................................................................................... 55 Rétegek a hálózat részei közt......................................................................................................................... 56 Rétegek leírása az adatcsere egysége szerint:............................................................................................... 56 Rétegek leírása funkciók szerint .................................................................................................................... 56 Hierarchikusan együttműködő hálózatok funkcionális modellje................................................................... 57 4. JELÁTVITELI ÉS FORGALMI KÖVETELMÉNYEK ............................................................................ 58 JELFORRÁS JELLEMZŐK ...................................................................................................................................... 58 A BESZÉDJEL ÁTVITELI KÖVETELMÉNYEI........................................................................................................... 58 Alapvető cél................................................................................................................................................... 58 Sávszélességi megfontolások ......................................................................................................................... 59 Csillapítás ..................................................................................................................................................... 59 Csillapítás ingadozás .................................................................................................................................... 59 Jel/zaj viszony................................................................................................................................................ 59 Késleltetés ..................................................................................................................................................... 59 Késleltetés ingadozás .................................................................................................................................... 60 Fázistolás ...................................................................................................................................................... 60 Frekvencia eltolás ......................................................................................................................................... 60 Multiplikatív frekvencia hiba ........................................................................................................................ 61 Nemlineáris torzítás ...................................................................................................................................... 61 ZH kérdések................................................................................................................................................... 62 AZ ANALÓG BESZÉDÁTVITEL FORGALMI JELLEMZÉSE ........................................................................................ 62 Bevezetés ....................................................................................................................................................... 62 Hívás gyakoriság........................................................................................................................................... 64 Átlagos tartásidő ........................................................................................................................................... 64 Forgalomintenzitás ....................................................................................................................................... 64 Tervezés......................................................................................................................................................... 64 DIGITALIZÁLT BESZÉDÁTVITEL .......................................................................................................................... 64 Bevezetés ....................................................................................................................................................... 64 A codec helye a hálózatban ........................................................................................................................... 65 Hullámforma kódoló ..................................................................................................................................... 65 Vokóderek...................................................................................................................................................... 65 Hibrid kódolók .............................................................................................................................................. 65 Beszédkodek jellemzése TH szempontokból .................................................................................................. 65 Beszédkódoló ajánlások ................................................................................................................................ 69 Vizsga kérdések ............................................................................................................................................. 69 KÖVETELMÉNYEK DIGITÁLIS CSOMAGKAPCSOLT HÁLÓZATOKBAN ................................................................... 70 Jelforrások jellemzése ................................................................................................................................... 70 Minőség jellemzése - QoS paraméterek ........................................................................................................ 70 Forgalmi, szolgáltatási osztályok.................................................................................................................. 70 Forgalmi jellemzés adatjelnél ....................................................................................................................... 71 5. FIZIKAI RÉTEG ............................................................................................................................................ 73 BEVEZETÉS ........................................................................................................................................................ 73 5.1 2/4 HUZALOS ÁTALAKÍTÁS ........................................................................................................................... 73 Visszhang paraméterek ................................................................................................................................. 75 Visszhang ...................................................................................................................................................... 76 DIGITÁLIS JELÁTVITEL ANALÓG CSATORNÁN ..................................................................................................... 77 DC KOMPONENS ÁTVITELE ................................................................................................................................ 77

3

1.) Fémvezeték............................................................................................................................................... 77 2.) Fényvezeték.............................................................................................................................................. 77 3.) Rádiós átvitel ........................................................................................................................................... 77 MEGOLDÁS A DC KOMPONENS ÁTVITELÉRE ...................................................................................................... 78 1.) Megoldások fémvezetékre - vonali kódolás.............................................................................................. 78 2.) Modulátor: megoldások fém, fény, rádiós közegekben ............................................................................ 78 VEZETÉKES ÁTVITEL .......................................................................................................................................... 79 FÉMVEZETŐ ....................................................................................................................................................... 79 ÁTVITELI KÖZEGEK ............................................................................................................................................ 80 FIZIKAI RÉTEG .................................................................................................................................................... 82 ÖSSZEFOGLALÓ AZ OPTIKAI ESZKÖZÖKRŐL ....................................................................................................... 82 Csillapítás ..................................................................................................................................................... 82 Hajlított vezeték követése .............................................................................................................................. 83 Torzítások...................................................................................................................................................... 85 VEZETÉK NÉLKÜLI ÁTVITEL ............................................................................................................................... 87 Élettani hatások............................................................................................................................................. 87 A VEZETÉKES ÉS VEZETÉK NÉLKÜLI ÁTVITEL ÖSSZEHASONLÍTÁSA .................................................................... 87 6. ÁTVITELI ÉS KAPCSOLÁSI RÉTEG........................................................................................................ 89 BEVEZETÉS ........................................................................................................................................................ 89 Elvek a hálózati funkciókhoz ......................................................................................................................... 89 Fejezetek........................................................................................................................................................ 89 6.1 FORGALOMIRÁNYÍTÁS ................................................................................................................................. 89 A forgalomirányítás elemei ........................................................................................................................... 89 6.2 FORGALOM SŰRÍTÉS ..................................................................................................................................... 90 Bérelt vonal ................................................................................................................................................... 90 Kapcsolt hálózat, nagy forgalmi igény.......................................................................................................... 90 Kapcsolt hálózat, kisebb forgalmi igény ....................................................................................................... 90 Vizsgakérdés.................................................................................................................................................. 91 6.3 A FORGALOMIRÁNYÍTÁS ELVEI.................................................................................................................... 91 Forgalomirányítási elvek .............................................................................................................................. 91 Hierarchikus forgalomirányítás .................................................................................................................... 91 Torlódásvédelem ........................................................................................................................................... 93 7. TH TECHNOLÓGIÁK .................................................................................................................................. 95 7.1 PDH HÁLÓZATOK: PDH + PCM ................................................................................................................. 95 PDH Alapok .................................................................................................................................................. 95 E1 Nyalábolás ............................................................................................................................................... 95 E2 Nyalábolás ............................................................................................................................................... 96 E1 szinkronizálás .......................................................................................................................................... 97 PDH előnyök, hátrányok ............................................................................................................................... 97 7.2 KAPCSOLÁS PDH HÁLÓZATOKBAN.............................................................................................................. 97 Kapcsolási elvek............................................................................................................................................ 98 7.3 ISDN ......................................................................................................................................................... 100 ISDN referencia modell............................................................................................................................... 101 Az S- busz működése.................................................................................................................................... 101 Jelzésrendszer ............................................................................................................................................. 103 7.4 HOZZÁFÉRÉSI TECHNIKÁK .......................................................................................................................... 103 Beszédsávi modem....................................................................................................................................... 103 Beszédsávon kívüli modemek ...................................................................................................................... 103 Kábel modemek ........................................................................................................................................... 105 FTTx technikák............................................................................................................................................ 105 PowerLine ................................................................................................................................................... 105 Ethernet....................................................................................................................................................... 105 SDH ÉS SONET .............................................................................................................................................. 106 Bevezetés ..................................................................................................................................................... 106 SDH nyalábolási hierarchia........................................................................................................................ 107 SDH adategységek ...................................................................................................................................... 108 E4 -es PDH folyam továbbítása STM-1 en keresztül .................................................................................. 113 ATM és IP átvitele ....................................................................................................................................... 113

4

Hátrányok.................................................................................................................................................... 113 Multiservice Switching ................................................................................................................................ 113 Nagyobb sebességek: VC összefűzés ........................................................................................................... 113 ATM................................................................................................................................................................ 114 Bevezetés ..................................................................................................................................................... 114 Az ATM jellemzői ........................................................................................................................................ 114 Az ATM műszaki alapjai.............................................................................................................................. 115 Az ATM cella ............................................................................................................................................... 115 B-ISDN referencia modell........................................................................................................................... 117 Az ATM réteg............................................................................................................................................... 117 Cella irányítása ........................................................................................................................................... 118 Forgalom menedzsment............................................................................................................................... 118 Forgalom management funkciók ................................................................................................................. 119 Útvonalválasztás ATM hálózatban.............................................................................................................. 120 ATM illeszési réteg AAL.............................................................................................................................. 120 IP Over ATM ............................................................................................................................................... 121 OPTIKAI HÁLÓZATOK ...................................................................................................................................... 122 Eszközök ...................................................................................................................................................... 122 Erősítők ....................................................................................................................................................... 123 Csatolás....................................................................................................................................................... 124 Kapcsolók, rendezők ................................................................................................................................... 124 Szűrők.......................................................................................................................................................... 125 Optikai hálózatok fejlődése ......................................................................................................................... 126 Fejlődés....................................................................................................................................................... 127 8. TÁVKÖZLÉSI SZOFTVEREK .................................................................................................................. 129 JELLEMZŐK ...................................................................................................................................................... 129 SDL ................................................................................................................................................................. 129 AZ INRES RENDSZER ........................................................................................................................................ 129 Kapcsolatfelépítés ....................................................................................................................................... 130 Information Transfer ................................................................................................................................... 131 Disconnect................................................................................................................................................... 131 InRes mint rendszer, blokk, process ............................................................................................................ 131 Processek leírása ........................................................................................................................................ 132 Process Initiator.......................................................................................................................................... 133 Process Responder ...................................................................................................................................... 135 Process Coder_ini ....................................................................................................................................... 137 CORBA - RÖVID ÁTTEKINTÉS ......................................................................................................................... 137 A CORBA architektúrája............................................................................................................................. 138 ORB services ............................................................................................................................................... 138 IDL .............................................................................................................................................................. 138 DII ............................................................................................................................................................... 138 Interface repository ..................................................................................................................................... 138 Object adapter............................................................................................................................................. 138 Skeleton a server oldalon ............................................................................................................................ 138 Implementation repository .......................................................................................................................... 139 ASN.1, TTCN ................................................................................................................................................. 139

5

Bevezetés A TTT tanszék Rövid ismertető A TTT = Távközlési és Telematikai tanszék. Telematika = Telekommunikáció + Informatika, meg kell említeni a Telekommunikáció és az Informatika konvergenciáját. A tanszék elhelyezkedését illetőleg a következő helyeken található:  IB IV. emelet; IE III. emelet, Duna felöli rész a TH adminisztráció; IL I. emelet; St II. emelet;  weblap: http://www.ttt.bme.hu A Tanszék szerepe az egyetemi oktatásban A tanszék alapjában véve kibocsájtó tanszék, ami azt takarja, hogy a felsőbbévesek oktatásában nagyobb súllyal vesz részt. Nagyjából 100 diplomát bocsát ki évente, mely összeg fedi az informatikus, és a villamosmérnöki diplomákat is. A tanszék intenzív ipari, és nemzetközi kapcsolatokkal rendelkezik Eddig: Mérés Labor; Most: Beszédinformációs rendszerek (Gordos Géza és munkacsoportja); Információs rendszerek fejlesztése (Magyar G.); Számítógép laboratórium Jövő: Két informatikus szakirány, melyek frissítés alatt állnak; választható tárgyak; doktorandusz képzés; Kutatás, fejlesztés Távközlő Hálózatok Előadók, elérhetőségeik    

Dr. Henk Tamás, docens: TTT, IE348, tel.: 463-4188, [email protected]. Cinkler Tibor, adjunktus: TTT, IE319, tel.: 463-1861, [email protected], a TH honlap rendszergazdája. Dr. Csopaki Gyula, docens: TTT. Bock Györgyi, asszisztens: Tárgy adminisztrátora, TTT, IE352, a TTT postarekeszek is itt találhatók, tel.: 463-2085,[email protected].

TH oktatási anyagok  Letölthető jegyzet, nagyjából 50% -ban fedi az anyagot.  honlap: http://leda.ttt.bme.hu/~cinkler  adatlapi követelmények  hallgató jegyzetek, 2 évre visszamenőleg, több verzióban.  online könyv bizonyos részletei (szerző: Cinkler, Henk)

6

Magyar nyelvű irodalom E könyvek az I épület könyvtárában megtalálhatóak!  Online könyv, föszerkesztője Lajtha György: Távközlő Hálózatok és Informatikai szolgáltatások (Telecommunication Networks and Informatics Services) - kiadó: Hirközlési és Informatikai Tudományos Egyesület, HTE, 2002: http://www.hte.hu/onlinekonyv.html http://www.hte.hu/onlinebook.html  Géher Károly: Híradástechnika - Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 2000  Tannenbaum: Számítógéphálózatok  Hosszú Gábor: Internetes médiakommunikáció, LSI oktatóközpont, Budapest, 2001 TH követelmények Az aláírás feltétele a legalább 2-es vizsgaeredmény. A tanszék honlapján mintakérdések találhatóak a felkészülés segítésére.  1. NagyZH - 8.hét  1 lapnak 2 oldalán, kijelölt helyen kell megválaszolni a kérdéseket, a lényeget kiemelve.  1. PótZH - 10. hét  Pótlás - vizsgaidőszak első 3 hetében, vizsgaalkalmakkor.  Számonkérés stílusát ábrába öntve (a piramisok szélessége jelentse a tudásmennyiséget, pl. 4-es osztályzathoz a különböző anyagrészek közti összefüggés is követelmény, a lexikai tudás is kell gyarapodjon a jobb jegyhez...):



Vizsgák tipusa: Írásbeli vizsgára kell számítani, kivételes esetben szóbelire kerülhet a sor. Alapvetően 6 kérdést kell kidolgozni, a Zárthelyi és a Pótzárthelyi eredménye néhány kivétellel nem számít bele a vizsgajegybe. Ezen kivételek: 5* zárthelyi írása esetén általában megajánlott 5- ös jár az illetőnek, illetőleg ponthatáron számít a zárthelyi eredménye.

TH célkitűzése Számítógép hálózat: (ezentúl: SzH): számítógépek összekötésére szolgáló hálózat, a Távközlő hálózat (ezentúl: TH): távíró-, távbeszélő hálózat, ... A kettő együtt: infokommunikációs hálózat, vagy információ közlő hálózat. Az alaptárgy felhasználható az infokommunikációs szakmacsoport 4 szakirányában, illetőleg általános ismeretet ad a többi szakiránynak. A tárgyhoz laborképzés is kapcsolódik, ennek az alapképzésben a Mérés Labor a képviselője, illetőleg az infokommunikációs szakirányban szakirányos laborok formájában ölt testet, mely 3 félévnyi programozott mérést, szimulációt tartalmaz.

7

Tárgy jellege  leíró jellegű  okszerű összefüggések, szemlélet kialakítása,+ lexika  ipar, szolgáltatás, gazdaságosság, kutatás, fejlesztés, jogi szabályozás  sok új fogalom! 2 vagy 4 nyelven. A fogalom TH os megnevezése magyarul, angolosan, angolul, illetve a fogalom SzH -s megnevezése. PL: telefon (magyar) = távbeszélő (angolos), illetve mobil telekommunikáció (magyar) = mozgó távközlés (angolos)  előadás látogatása melegen ajánlott  60% diszciplina, 40% technológiai ismeretek Itt álljon egy hasonlat a fizika területéről, mely a két különböző tárgyalásmódot szemlélteti:

Szóval ez szerint, mikor kísérleteket végzünk, és a tapasztalatok alapján állítunk fel a fizikai törvényeket, akkor az indukció módszerét alkalmazzuk, amennyiben pedig a fizikai törvényeink felhasználásával próbálunk meg valamit kikövetkeztetni, akkor a dedukció módszerét alkalmazzuk. Példaként lehet említeni a kísérleti fizikát és a villamosságtant, melyek az indukciót használják, dedukciót használ viszont az elméleti fizika, az elméleti villamosságtan, és az elektronfizika. Lássuk, hogyan adaptálható az ábra az Információközlő hálózatokra:

A SzH tárgyalása inkább diszciplináris, pl. OSI modell:

A Távközlő Hálózatok vegyes tárgyalásmódot fog alkalmazni, az alábbi sorrendekkel:

8

Kapcsolódó tárgyak  A legfontosabb: Számítógép Hálózatok  Alaptudás szinten követelmény:  Tömegkiszolgálás  Információelmélet  Operációs rendszerek  Beszédinformációs rendszerek  Formális nyelvek  Fizika  Digitális technika TH fejezetei         

Bevezetés 1. Információközlő hálózatok fejlődése 2. Technológiai áttekintés 3. Hálózatok felépítésének elvei 4. Jelátviteli követlemények 5. Fizikai átvitel (idáig Henk Tamás előadásában) 6. Átviteli és kapcsolási réteg 7. Távközlő hálózatok - technológiai esettanulmányok (idáig Cinkler Tibor előadásában) 8. Távközlési szoftverek (Csopaki Gyula)

9

1. Információközlő hálózatok fejlődése Bevezetés SzH - Computer Network TH - Telecommunication Network A kettő együtt: információközlő hálózat, vagy egyszerűen hálózat, angolul Infocommunication Network, de mivel ez a szó nics benne az angol szótárban, IT technology néven ismerik a világon. Az Egyszerű hálózati modell Álljon itt egy ábra, mely egy egyszerű hálózatot ábrázol:

Az ábra elemeinek megnevezése a két hálózati elnevezéssel: TH távbeszélő készülék; telephone equipment

távbeszélő kapcsoló központ, röviden: kapcsoló; telephone switching exchange, röviden: switch

SzgH számítógép; computer

útválasztó; router

Mindkét elemmel kapcsolatosan általános számítástechnikai igény merülhet fel:  Boole algebra - alapvető feladat  Memória A kettőt együtt az intelligencia szóval jellemezzük. Hagyományosan elmondható, hogy a távbeszélő készülék nem intelligens, viszont a számítógép igen. Ezzel szemben a kapcsoló jóval több intelligenciát tartalmaz, mint egy router, azaz, a SzgH -nál kitolódik az intelligencia. A kapcsoló elnevezés a routerrel szemben nem jelenti, hogy a kapcsolónak ne lenne útválasztó funkciója. 1.1 Alaptechnológiák fejlődése Dinamikus alkatrészek, intelligencia A Távközlő Hálózatokban az eszközök egyik legfontosabb paramétere a megbízhatóság, ezt mindíg szem előtt kellett tartani, egyes technológiák ezért nem terjedtek el széles körben.  Elektromechanikus világ: eszköze a jellfogó, vagy relay (relé) - jelfogó logika - Boole algebrát és memóriát ezzel is lehet realizálni! Sorrendi hálózatokat is! Még számítógépet is lehet belőlük építeni (Kozma László). A központokba építették (a távbeszélő készülékben túl drága lett volna)  Elektroncső - nagy meghibásodási arány, nem játszott nagy szerepet.  Tranzisztor - jobb, mint a cső, de a megbízhatósággal neki is gondjai voltak  Mikroprocesszor - (integrált tranzisztor - azaz nem egyenként ültetik be) - eleinte itt is voltak bajok a megbízhatósággal, ami a TH-ban nagyon fontos! Jelenleg, mikor megbízhatóságuk már jónak mondható, még mindíg meleg tartalékkal dolgoznak, azaz ugyanazt a feladatot 2 processzor végzi. A technológia alapvető paramétere a csíkszélesség, mely:

10



gyártás szinten: cca 120 nm  laborban: cca 70 nm  Ez a technológia 30 éve exponenciálisan növekszik. Mivel a csíkszélesség csökkentése nem mehet minden határon túl, helyette jön majd a nanotechnológia (itt már a molekula belsejében kell vizsgálódni (scrödinger - egyenlet), míg a tranzisztoroknál nem! (Maxwell - egyenlet) -> Ipari szinten cca 2010-re lesz eredmény

Hosszútávú, nagy kapacitású memóriák  Morse, papírtekercs  Lyukszalag, lyukkártya Átviteli utak     

légvezeték - cca 10 bit/sec sodort érpár, ér négyes rádiós átvitel koax vezeték optikai vezető: z az igazi áttörés - egy időben jelent meg a mikrotechnológiával, mivel mind az optikai szál, mind a mikrotechnológia fontos alap pillére az anyagtisztaság. Előnye, hogy nagy távolságok, pl 100 km is áthidalható vele. Az optikai vezető sávszélessége:  cca 1 Tbit/sec (ipari)  cca 50 Tbit/sec (labor) - a végberendezés a korlát, Nagy távolságokra is - akár 100 km-re.  Elvi határ: cca 200 Tbit/sec (vezetéké a határ)

1.2 Hálózatok fejlődése világszerte Elektronikus hálózatok fejlődése Ebben az elnevezésben benne foglaltatnak az elektromechanikus hálózatok is. Néhány szabadalom:  1837 Samuel Morse - kézi távíró, Morse ABC  1854 David Hughes - távgépíró  1876 Graham Bell - távbeszélő  1878 Edison, Puskás Tivadar - kézi kapcsolású kapcsoló központ  1889 Almon Srowger - automata kapcsoló. Ez az ember egy temetkezési vállalkozó volt, és azért találta fel az autómata kapcsolóközpontot, mert egy konkurrens temetkezési vállalat vezetőjének felesége ült a kézi kapcsolású központban, így mindíg saját férjét kapcsolta haláleset alkalmával. Srowger, hogy kiiktassa anyut, feltalálta az autómata kapcsolóközpontot. AT&T, Amerika, Európa a korai időkben Európa az 1930-as években felzárkózott a fejlődésben. Az AT&T monopólium: AT & T monopólium (Bell nyomán) spontán alakult -, majd később kötelezték, hogy az Amerikán kívüli készülékek gyártását Amerikán kívülre helyezze. Az AT&T-t 7 részre szabdalták (Baby Bells) - egy per miat, + ma már nem gyárt semmit. A gyártást a Lucent, majd Avaya vette át. Ugyancsak így jött létre az ITT, aki főleg Európában gyártott (ez volt az 1. lépés a monopól helyzet megszűntetésére, és nagy lökést adott Európának). Ezután a II. Világháború alatt Európa lerombolta a felépített értékeket, a háború szakemberek, berendezések pusztulásával járt, megint az USA-ra helyeződött a hangsúly. Az amerikai dominancia 1980-ig nagyon jelentős volt, és még most is övé a vezető szerep, de pl. mobil távközlés, ATM, ISDN terén Európa előrébb jár.

11

Mai helyzet világszerte

1600 1400 1200 Telefon fővonal Mozgótelefon ISDN vonal KábelTV előfizető Internet felhasználó

Mi 1000 lli ó 800 da ra 600 b

400 200 0 1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Forrás: European Information Technology Observatory, 2002, EITO http://www.eito.com Ma már mobiltelefonból több van, mint vezetékesből. Ami fontos az ábrából:    

Vezetékes és mobil metszéspont hol van Mobil nagyon gyors felfutású Vezetékes telítődő 2001-ben metszik egymást

Mai helyzet Nyugat-Európában

450 400

Millió darab

350

Telefon fővonal

300

Mozgótelefon ISDN vonal

250

KábelTV előfizető Internet felhasználó GPRS felhasználó

200 150

WLAN felhasználó

100 50 0 1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Amit érdemes megfigyelni, hogy Európában megcserélődött az ISDN és a CaTV szerepe. Ezzel kapcsolatosan két dolgot említünk meg:  USA-ban régebben a CaTV-s nem nyújthatott távkölési szolgáltatást és vice versa.  ISDN: Európában elterjedt (Európai találmány)

12

Modellezés - logisztikai görbe Egy tipikus fejlődési görbe a következő módon néz ki:

Jellemzi a kezdeti exponenciálisan növekvő szakasz, aztán a lineáris telítődés, majd az elkerülhetetlen hanyatlás. Mindez modellezhető a logisztikai görbével. Ez egy analitikus függvény, melynek vannak szabad paraméterei, így a konkrét problémához illeszthető. Mérőszám az idő függvényében. A függvény a következő differenciálegyenletnek tesz eleget:

dL(t )    L(t )  k  L(t ) dt k És ábrán így néz ki (a paraméterek az alábbi példában szereplők)

A differenciálegyenlet megoldása:

L(t ) 

k 1  m  e  t

, ahol  - meredekségi tényező k - maximális populáció m - kezdeti feltétel, meghatározása a következő egyenletből lehetséges:

L(0) 

k 1 m

Az Európai mozgó távközlésre illesztve a görbét, a következő paraméter -értékek adódnak ( t  0 időpontnak az 1991-es GSM helyzetet véve):

t  0 ; k  415 [millió] ; m  600 ; L(0)  0.7 ;   0.75

13

Az eredeti, és az illesztett görbe viszonyát mutatja a következő ábra: Ny-Eu. mozgótelefon ellátottsága

Logisztikai görbe

450 400

Millió darab

350 300 250 200 150 100 50 0 1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Gazdasági hatások

1000 főre eső fővonalak száma

A mostani helyzet: 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0

10000

20000 GDP/fő (USD)

30000

40000

Argentína Brazília Dánia Norvégia Nagy Britannia Finnország Japán Franciaország Kína Magyarország Németország Világ Olaszország Oroszország Románia Spanyolország Svédország USA

A függőleges tengely dimenziója 1000 főre jutó telefonvonalak száma, amit más néven penetrációnak, elterjedtségnek neveznek. Vízszintesen az egy főre jutó GDP - t ábrázoltuk. Az ábra jelentése, hogy minél nagyobb egy ország nettó összterméke, annál fejlettebbek a Távközlő hálózatai. A fejlődést a technológia és a fizetőképes kereslet határozza meg.

14

A gazdasági recesszió hatása Minden gazdasági folyamatra jellemző. Az információközlő hálózatok recessziója 2000 környékén kezdődött, és két oka van:  Tőzsdei hatások (USA): A mozgó távközlés gyors fejlődése miatt (kb 10 év alatt utólérte a vezetékest) a tőzsde túlfutotta magát, a papírérték jobban ment fel, mint ahogy a fejlődés követni tudta volna. Az informatika terén a .com társaságokat érdemes megemlíteni, melyek úgy gondolták, hirtelen meg tudnak majd gazdagodni internetes szolgáltatásokból. Ellenben a mozgó távközlés fejlődése lelassult, a .com társaságok elbukták szándékukat, így az informatikában és a távközlésben mutatkozó recesszió magyarázható.  Tőke kivonás hatása (EU, lásd később)  UMTS (Egyetemes Mozgó Távközlő Rendszer): Ugyanakkor mégegy fontos oka van a recessziónak. Ez nem más, mint az UMTS, azaz a Universal Mobile Telecommunications System. Ez egy ígéretes technológia, mely vagy ATM -re épülő IP -vel, vagy all IP -s megoldással 100kbit/sec ... 2Mbit/sec -es hozzáférési sebességet garantál, a hozzáférési adatsebesség a mozgó állomás fizikai sebességétől függ. Ez alapvetően egy számítógép hálózati technológia. Árverésen lehetett az ezzel kapcsolatos koncessziós jogokat megvásárolni az államtól. Az állam eladta a jogot különféle társaságoknak, esetleg időleges jelleggel. Álljon itt egy táblázat, mely egyes országokra bontva határozza meg a koncessziós jogok árát: Anglia 49.7 milliárd euró Olaszország 12.5 milliárd euró Németország 49.7 milliárd euró  Ezek a pénzösszegek hatalmasak, összemérhetőek egy ország jövedelmével. A cégek hitelt vettek volna fel ezen összegek kifizetésére, de a bankok nem hiteleztek, mert nem látták, hogy a befektetés megtérülne. Így a pénzt a távközlésből vonták el, és ez a lépés túl korainak bizonyult, hiszen még nem volt érett az UMTS, nem volt rá olyan igény, hogy ez a befektetés megtérüljön. A bankok így nem hiteleztek pénzt, ami az anyagi problémákat megmagyarázza. Így az az előny, amit Európa szerzett a GSM révén a mozgóinformációközlésben Amerikával szemben, szertefoszlott. Szerencsére Magyarországot kevésbé ez a válság, nagy mértékű leépítések nem voltak, inkább csak létszámkorlátozások léptek érvénybe. Meg kell említeni, hogy Japánban már működik egy UMTS jellegű szolgáltatás. A világon 20-25 országban áll előkészület alatt az UMTS bevezetése. 1.3 TH fejlődése Magyarországon Három időszakra bontható a fejlődés, a vizsgálatot a szolgáltatás, az ipar, és a kutatás szempontjaiból végezzük. A szolgáltatás és az ipar összehasonlításánál két összeg összehasonlításáról van szó. A szolgáltatásnak van egy szükséglete (mennyi készülék kell a szolgáltatás fenntartásához), ami számszerüsíthető, ezt vetjük össze az ipar előállításával, az export és az import egyenlegének felhasználásával. 1938 -ig: Lássunk néhány szabadalmat, azok megvalósítását. szabadalom első megval (USA) Morse 1837 Bell 1876 Edison-Puskás 1877 A táblázatból kitűnik, hogy Magyarország élen járt.

magyar megval 1844 1877 1878

történelem 1846 - reformkor vége 1881 - kiegyezés után

A szolgáltatás helyzete: A kábeltelevízió elődje, a telefonos hírmondás 1893-tól üzemelt. 1938-ban a távbeszélő hálózatban az elterjedtség 10% volt, ami a bécsi helyzetnek felel meg.

15

Ipar:   

A Tungsram az orosz iparnak szállított. ITT, International Telegraph & Telephone budapesti gyára: Standard, mely világszerte kiemelkedőnek számított, ugyanis a világon összesen 12 olyan gyár volt az 50 -es években, melyben autómata távbeszélő központokat gyártottak. A Siemens, Philips, stb... is létrehoztak gyárakat Magyarországon.

Kutatás, fejlesztés: 

Tungsram, BME

1945-90

Szolgáltatás:  



Gyakorlatilag nem fejlődött, mennyiségileg megmaradt, minőségileg nem változott, maradt az elterjedtség kb. 10%- on. A nyugati országok embargóval súlytották Magyarországot, hiszen a fejletlen távközlés hátrányt jelentett a hidegháborúban. Az embargós termékekhez csak kis mennyiségben lehetett hozzáférni, pl. PCM codec chip, pontos oszcillátorok mind COCOM listán voltak. Mivel nagy mennyiségben nem lehetett megszerezni ezeket a technológiákat, csak egy kis csapat tartotta a lépést. A keleti országok egyébként sem tartották fontosnak a távközlést, tehát még azokat az eszközöket sem alkalmazták, melyek nem voltak embargósak. Számukra a nehézipar fejlesztése volt a lényeg.

Ipar: 

45 után államosították az ipart minden téren. Ekkor jött a legendás Standard per is. Magyarország elszakadt a nemzetközi technológiától, így 90-re elért egy 10-15 éves lemaradást. Az ipar mértéke ugyanakkor jelentős volt, (pl.: Videoton, BHG) mely a KGST piacra termelt. Tehát 45-ig jól fejlődött az ipar, majd bár volumene tovább bővült, de nagy lemaradás jött létre, főleg a szolgáltatás területén.

Kutatás, fejlesztés:  

BME, a hangsúly áttevőtött az MTA -ra MTA - kutatóintézeteit létrehozták  KFKI (Simonyi)  SZTAKI  TKI - Távközlési Kutatóintézet

1990-

Bevezetés -Elnevezések: 

nyilvános-magán nyilvános hálózat: bárhol, bármikor, bárki számára elérhető, ha meg tudja fizetni, pl.: Pánk arc felmászik a fára, és oda akar telefont. magán hálózat: intézmények tartják fennt, intézményen belül térítésmentes, pl.: Műszaki Egyetem belső telefonhálózata.  kapcsolt - bérelt vonal Kapcsolt vonal esetén mindíg valamilyen billentyűzet található a végberendezésen, egy jelzésfolyamat jellemző, mely lebonyolítja a kapcsolatot (felépít, fenntart, lebont, mindez a kapcsolóközponton keresztül). Bérelt vonal esetén egy előre meghatározottidőre kibérlik a vonalat, megmondják honnan, hova, és meddig. Példák hálózatokra:  kapcsolt nyilvános  kapcsolt magán - BME telközpont  bérelt nyilvános  bérelt magán

16

Ipar eleinte: 

Megszűnik az embargó, de ugyanakkor a KGST is. Összeomlott a magyar ipar (150.000 emberből maradt 20.000). A szakemberek átáramlottak a szolgáltatói szférába.

Szolgáltatás: 

A szolgáltatás dinamikusan fejlődni kezdett, az emberek az iparból a szolgáltatói szférába csoportosultak át. A szolgáltatáshoz tőkére van szükség, ezt a tőkét elő kellett teremteni valahonnan.  A megoldás: privatizáció, monopól koncesszió  eszközök: dereguláció, távközlési törvény módosítása.  Dereguláció: Kezdetben volt a Magyar Posta, melyet több lépcsőben felszabdaltak: MATÁV, ANTENNA HUNGÁRIA, MAGYAR POSTA RT., HIF (szabályozás gyakorlati kérdéseivel foglalkozik), minisztériumi képviselet, érdekképviselet. A MATÁV- ot privatizálták, így tudták a 10% -os elterjedtséget 40%-ra feltornázni (hatalmas beruházás: gerinchálózatok, végpontok, kapcsolóközpontok 1.000.000 -> 4.000.000 felhasználó). A lemaradás elsikálásához 6 évre volt szükség, 92-98 -ig megtörtént a kívánt fejlődés. Ugyanakkor a befektetés megtérülése is ujabb 6 évet vett igénybe, ezért a monopol helyzetet biztosítani kellett, különben el sem vállalta volna: 92-02-ig a Matáv monopol koncessziót kapott. Ezen koncesszió hatásköre:  minden kapcsolt, nyilvános beszédátvitel a helyi körzetek nagy részére, a helyközi összeköttetések teljes egészére, és a nemzetközi összeköttetések mindegyikére. Így verseny szférában megmaradt a magán célú beszédátvitel, a nyilvános bérelt beszédátvitel, és az adatátvitel.  VoIP : Voice over IP- IP feletti beszédhang átvitel. Magyarországon a PanTel próbálkozott meg vele, de, felmerült a kérdés, hogy sérti e ezzel a MATÁV monopóliumát. A megoldást az jelentette, hogy a szolgáltatás minőségét mesterségesen le kellett rontani (HIF döntése), hogy megfeleljen a következő paramétereknek:  késleltetés 200 msec - sokat kell várni beszéd közben  csomagvesztés 1% - ez nem okoz komolyabb gondot az érthetőségben  a késleltetés miatt visszhangelnyomást kell alkalmazni.  Az eredmény az lett, hogy kizárólag a nemzetközi mozgó távhívások terén lett létjogosultsága, pl PannonGSM +0. (Természetesen ezt látva a MATÁV ennek hatására megemelte az előfizetési díjakat, csökkentette a nemzetközi díjakat, és ezáltal biztosította a versenyképességét a nemzetközi hívások terén.)  NIIF: Nemzetközi Informatikai Infrastruktúra Fejlesztés: 1980, a világ élvonalában van ez a hálózat, ez egy akadémiai IP hálózat, mely intenzíven fejlődik. Meg kell említeni, hogy VoIP is tervbe van véve.  CATV: A kábeltelevízió szolgáltatók rossz szemmel nézték, hogy míg a MATÁV szolgáltathat kábelTV-s szolgáltatást, ők nem szállhatnak be a távközlésbe. Ennek hatására döntést hoztak, melynek értelmében a MATÁV csak korlátozásokkal szállhat be a CaTV üzletágba. A monopól koncesszió 2001 dec 31 -én véget ért.  Mozgó távközlés: NMT, Northic Mobile Telecommunication System, 91 környékére tehető, analóg rendszer, 450Mhz -en. Európában nagyjából 11 féle rendszer működött, melyek inkompatibilisek voltak.  GSM: Global System for Mobile Telecommunications: mozgó távközlés világszerte. Ez 140 országban üzemel, 900 illetve 1800 Mhz-en. 93 -tól Magyarországon oligopól koncesszió, mely szerint 3 cég uralja a mozgó távközlést. Magyarország élvonalbelinek számít a GSM szempontjából. (például MMS szolgáltatás Westel)

Ipar - folytatás  

A technológiai lemaradást is be kell hozni, hiszen át kell térni az elektromechanikus kapcsolóközpontokról a programvezérelt központokra. Rendszerválasztó tender, 92: A Matáv pályázatot írt ki a berendezések szállítására (szerződésbeli kötelezettsége végett), és aki nyertes, az Magyarországon ipart kell telepítsen. 2 nyertes lett, a Siemens és az Ericsson. Ugyan a BHG is pályázott,nem nyert, így ez a vállalat halálát jelentette. A nyerteseken kívül egyéb cégek is telepítettek ipart, pl.:Nokia, Motorola. Így a Magyar ipar ismét fejlődésnek indult. A középvállalati rétegy gyakorlatilag hiányzik. Ugyanakkor a távközlésben a HW gyártásról áttevődött a hangsúly a SW gyártásra (szoftver házak), hiszen pl. a hívás adatokat 5 évig visszamenően tárolni kell, és ez egy komoly informatikai probléma, hozzávéve, hogy kellő adatbiztonságot kell garantálni.

17

Kutatás és fejlesztés   

A 90 -es években a hangsúly visszakerült a BME környékére, ahol PhD képzés folyik SW házak jöttek létre Regionális központok, fejlesztő, kutató laboratóriumok:  kompetencia központok  innovációs központok  feladatok támogatása (Compaq)  Fejlesztőintézet  Kutató labor példaként lehet említeni az Ericcson kutató -fejlesztő intézetét Lágymányoson, vagy a T-Systems RIC hozható példának egy tipikus fejlesztő teamról beszélvén (cca 30 fő). RIC = Regional Innovation Centre. A recesszió ellenére tovább folyik a kutatás.

18

2. Információközlő Hálózatok technológiai áttekintése Bevezetés Q Miért építünk hálózatokat? A Hogy különböző információkat vigyünk át rajtuk. Az információ lehet üzenet (email, sms), (pár) beszéd, (tömörített) videó, adat. Eleinte az információtípushoz fejlesztették a hálózatokat, arra pedig a szolgáltatást. Természetesen egy adott hálózatnak ekkor is volt másodlagos felhasználása, pl. analóg vonalon modem segítségével adatot lehetett átvinni. Ez a szemlélet nagyjából 100 éven keresztül volt meghatározó. Ezután a hálózatokat az információ típusok szerint tervezték. A többesszám fontos, hiszen például egy integrált hálózat többféle információt is átvihet, pl.: ISDN technológia, mely integrált szolgáltatásokat nyújt. 2.1 Távközlő hálózatok Bevezetés -hálózati síkok

Tehát ez egy hierarchikus felépítés, régebben több szintig is felment, manapság az ábrán látható hierarchia van alkalmazásban. Általában 3 mélységű hierarchia jellemző. - Gerinchálózat: szekunder és primer központok - Hozzáférői hálózat: előfizetők és a helyi központok - Központ-közi hálózat, törzshálóat: primer + szekunder + helyi központok. 2.1.1 Keskenysávú távközlő hálózatok

Távíró hálózat   

Az információ típusa: üzenet A papírtekercs eltárolható Probléma: a csomópontokban lévő ütközés.

19

A megoldást az üzenetkapcsolás tárol és továbbít elve szolgáltatta: ütközés esetén az egyik üzenetet eltették a fiókba, majd később továbbították:

Teljes mértékben kézi kapcsolású volt a rendszer. Meg kell említeni, hogy a kétirányú, duplex üzenetátvitelhez mindkét irányba ki kell húzni egy pár drótot:

Így a következőképpen néz ki egy csomópont:

Távgépíró hálózat Berendezések:  Adó - írógép szerű jószág, mely lyukszalagra dolgozott. (távgépíró)  Vevő - egyszerű lyukszalag olvasó berendezés. Kezdetben kézi üzenetkapcsolást, később áramkörkapcsolást alkalmaztak. Az áramkörkapcsoláshoz fel kell építeni egy áramkört, ehhez tárcsázni kellett. A kapcsolás eleinte kézi, majd automatikus volt, és valós áramkörkapcsolt hálózat jött létre. Minden előfizetőnek külön hívószáma volt. Hátrányok:

20



Ütközés léphet fel hívás szinten (hívástorlódás), így romlott a hálózat kihasználtsága.

Előnyök a távíróval szemben:  Gyorsabb átvitel vált lehetővé  A kétirányú kapcsolat egyszerűbben valósult meg. Összegezve: a minőség javult, kihasználhatóság romlott. A továbbiakban jellemző lesz, hogy a minőség és a kihasználtság egymásnak ellentmondó követelményeket támaszt a hálózattal szemben. Az áramkörkpcsolás egy kapcsolóként képzelhető el:

Távbeszélő hálózat beszédátvitelre Egyetlen szempontként az érthetőség szerepel (az nem volt szempont például, hogy felismerjem, vajon a beszélgető partner férfi vagy nő). Ehhez a 0,3 - 3,4 kHz -es frekvenciaösszetevőket kellett továbbítani. Ennek a tartománynak a szélessége f  3.1kHz . Ezt védősávval egészítették ki, a későbbi multiplexálás miatt, így csatornánként f  4kHz adódott. Paraméterei:  Kétirányú beszédátvitel  Kell kapcsolóközpont, ez tiszta analóg módon megvalósítható. A digitális kapcsolóközponthoz digitalizálni kell a jelet. Digitalizálás: Digitalizálás helye: Mivel általában analóg a hozzáférői hálózat, és digitális a törzshálózat, így a beszédkodek, PCM a helyi központban található. (GSM és ISDN esetén a hozzáférői hálózat is digitális, a beszédkodek kitolódik a végberendezésbe Digitalizálás módja: A beszédhang mintavétele f  4kHz miatt f sample  8kHz -el kell mintavételezni. Minden minta 8 biten kvantálódik, így adódik a 64kbit/sec -os átviteli sebességigény. Digitális átvitel:  Az 1kbit/sec átviteléhez szükséges sávszélesség gyakorlatilag nagyjából 1kHz (elméletileg elég lenne 500 Hz). Így adódik az átvitelhez szükséges 64kHz. Q Miért jó, az a pazarlás, hogy az eredeti, analóg 4kHz -es sávszélességű jel helyett a digitális, 64 kHz sávszélességű jelet továbbítjuk? A A digitális technika sok előnnyel jár, gazdaságos a digitális berendezések gyártása, beállításuk sokkal könnyebb, mint egy analóg készüléké (nincs manuális szűrőhangolás), digitális eszközök alacsony fogyasztásúak, kicsi a helyigényük. Ezen előnyök már kezdetben elegek voltak, később pedig újak társultak a listához, megbízhatóságuk is jó lett, valamint a digitális megoldás a nyalábolás és a kapcsolás egyszerűbb megoldásához vezetett. ( A digitális beszédkodeknek van viszont egy hátránya: a késleltetés. A PCM-nél nem, csak a kisebb sávszélességűeknél, pl. GSM)

21

Törzshálózati átviteli technikák, nyalábolási technikák, önálló technológiák Alapvető nyalábolási technológia a multiplex hierarchiák (nyaláboló rangsorok) alkalmazása. Két elvet kell egyszerre alkalmazni:  A hierarchikus (rangsor szerinti) elvet, és  A demokratikus (egyenrangú) elvet. Alapértelmezésben a felhasználókat egyenrangúként kell kezelni, ugyanakkor, mivel nagy mennyiségű felhasználóról van szó, nélkülözhetetlen a hierarchia.

Nyalábolás - demokratikus és hierarchikus Nyalábolásnál azt használjuk ki, hogy az átviteli közeg sávszélessége nagyobb, mint amit egy csatorna igényel.

Az ábra felső részén látható megoldásnál a két csomópont 1000 kábellel van összekötve, mely kábelek kihasználtsága nagyobb, mint a hozzáférői hálózaté, de még mindíg nem elég nagy. Megoldást jelent a vezeték többszörös kihasználása, a nyalábolás (multiplexálás). Alapvető nyalábolási módszerek:  SDM: Space Division Multiplex  FDM: Frequency Division Multiplex  TDM: Time Division Multiplex  CDM: Code Division Multiplex Hívás lebonyolítása:  Az ábrán sűrűn szaggatott vonallal jelzett hívás lebonyolítása a következőképp történik: hívás, hívás engedélyezés, útválasztás, erőforrás foglalás, bontás. A folyamat elnevezése: CAC, Call Admission Controll (Hívás beléptetés) Transzparencia  Mivel a multiplexerek transzparensek a rendszer szempontjából, nyalábolt esetben is jellemző ez a folyamat.. A multiplexerek esetleg annyiban térhetnek el a fennti megoldástól, hogy néhol olyan áthallások is jelentkezhetnek, amelyek az ábra felső részén ábrázolt rendszerben nem voltak jellemzőek.  A fennti rendszer demokratikus elvet követ.

22

Hierarchikus elv: Általában, mivel nagy mennyiségű felhasználót kell összekapcsolni, és biztosítani kell a rendszer skálázhatóságát, ezért hierarchiát alkalmaznak:

Előnyei:  Különböző feladatokra azonos építőelemeket lehet használni,  Skálázható, területileg szétosztható, így gazdaságosabb a megoldás, nem kell minden előfizetőhöz hosszú kábelt kihúzni.

FDM hierarchia Ez egy analóg technológia, mára elavult (Magyarországon 90 -ig ez volt). Pl.: 10.000 csatorna multiplexálásához, csatornánként 4 kHz -el számolva 40 MHz adódik. Mivel hierarchikus felépítésről van szó, minden hierarchiaszinten újabb védősávokat kellett beiktatni, így a számított 40 helyett 60 MHz szükséges a 10.000 beszédcsatorna átviteléhez. Rengeteg szűrő szükséges a rendszerhez.

TDM hierarchia Az impulzus jelet időben össze kell nyomni, a rövidebb jel nagyobb sávszélesség igényű lesz. Néhány technológia, mely TDM -en alapul:  PDH/SONET-SDH  PDH: keskenysávú technika  SDH-SONET: szélessávú technika. (később kerül tárgyalásra)

PDH hierarchia Bevezetés 1967-ben a Bell laborban fejlesztették. Jelentése: Pleziokron Digitális Hierarchia (Pleziochron Digital Hierarchy). A Pleziokron szó külön magyarázatot igényel. A szó jelentése: majdnem egyidejű. Hasonszőrű szavak:  Szinkron - egyidejű  Aszinkron - nem egyidejű  Pleziokron - majdnem egyidejű

23

Rendszerek - sebességek Létezik Európai, Amerikai, Japán, Transz-Atlanti rendszer. Leginkább az Európai rendszer kerül tárgyalásra, és szőr mentén az Amerikai: alapvetően ezek az elterjedt szintek - gerinchálózati sebesség = 140 Mbit/sec hierarchia 0 E1 E2 E3 E4 E5 szint névleges 0,064 2 8 34 140 565 sebesség [Mbit/sec] beszédcsator 1 30 4x30 = 120 480 1920 7680 nák száma Átviteli szimmetrikus kábel (a közeg csavart érpár is ilyen) LEGFONTOSABB KÖZEG: koaxiális kábel földfelszíni és műholdas rádió fénykábel Az E betű az európai rendszerre utal. Szakaszonként kell jelgenerátort, jelfrissítőt használni, egy-egy szakasz hossza 50 -100 km lehet. Megfigyelhető, hogy az igényelt sávszélesség jobban nő, mint amit a csatornaszámtöbbszöröződés igényelne. Ez mint majd látjuk, a pleziokron tulajdonság miatt van. Az Amerikai hierarchiaszintek (T: Transmission): alapvetően elterjedt szintek - gerinchálózati sebesség: 45 Mbit/sec hierarchia szint 0 T1 T2 T3 T4 0.064 1.5 6 45 274 névleges sebesség [Mbit/sec] beszédcsatorná 1 24 4  24  96 7  96  672 6  672  4032 k száma Az Európában használatos rendszer szemmel láthatóan nagyobb sebességű gerinchálózattal működik. A korszerűbb, gyorsabb eszközök lehetővé tették, hogy jobban kihasználják Európában a koax kábel adta lehetőségeket. Ugyanakkor politikai okai is vannak, hogy különbözik a két rendszer (De Gaulle), leszavazták a CCITT -ben az amerikai rendszert. Így az Európai iparnak kellett előállítania a berendezéseket, és nem az amerikaiak öntötték el kész termékekkel a piacot.

Kétirányú átvitel A teljesség kedvéért meg kell említeni, hogy a nyalábolásnál mindkét irányban történő adatforgalmat külön külön nyalábolják. Tehát míg a hozzáférői hálózatban elég 1 vezetékpár (2 drót) a kétirányú kapcsolathoz, a törzshálózatban irányonként van 1 vezetékpár, így az átvitelhez 2 koax ("4 drót") szükséges.

A később tárgyalandó leágaztatást is mindkét irányba el kell végezni.

24

Az órajel előállítása Az órajel előállításához oszcillátorokat (rezgéskeltőket) kell alkalmazni, melyek szinuszos jelet állítanak elő. A szinuszos jel bementként szolgál egy komparátornak (túlvezérelt erősítő), melynek kimenetén előáll a négyszögjel:

Az oszcillátor lehet többféle, attól függően, hogy milyen elemekből állítják össze. Megkülönböztetünk R-C, L-C, kvarckristály, és atomi órákat. Az R-C oszcillátor pontossága

10 2 , az L-C oszcillátoré 10 3 , a kvarckristályosé

105 , míg az atomi óra pontossága 10 10 nagyságrendű. Amikor a PDH-t készítették, még csak a kvarckristály állt rendelkezésre. A néhány MHz-es frekvencia tartományban lehet jó pontosságú kvarcot gyártani. Viszont a kvarc az idővel öregszik, így frekvenciája is változik. A kristályokat éppen ezért mesterségesen öregbítették, és üzem közben állandó hőmérsékleten tartották (aláfűtik, kályházzák). Így egy kristály előállításának átfutási ideje 9 hónapig is eltartott. Meg kell említeni, hogy még ez a technológia is embargós volt. Az órajelekkel a következő műveleteket lehet megvalósítani: ,,, . A frekvenciaszorzás megvalósítása PLL (Phase Locked Loop, fáziszárt hurok) áramkörrel történik, amely VCO -ból (Voltage Controlled Oscillator, feszültségvezérelt oszcillátor) és fázisdetektorból épül fel.

25

Álljon itt egy kép, mely egy minta felépítést ábrázol. Ezen végigtekinthetjük, hogyan tolódtak ki a beszédkodekek, és szemléltethető a rendszer pleziokron volta.

Magyarázat:  A forgalom koncentrátor feladata, hogy kimenetére az aktív előfizetőket kapcsolja.  Eleinte a PCM kodeket a kapcsolók és az I. hierarchiaszint (primer központ) közé helyezték, a primer központ bemenetéhez. Ekkor elég volt órajeleket eljuttatni a I, II, III, IV, hierarchiaszintekre.  Később áttették a PCM -et a kapcsolóközpontok és a forgalom koncentrátorok közé. Ekkor már kombinálták a kapcsolást és a multiplexálást.  A PCM ezután a forgalomkoncentrátor és az előfizetők közé került, a forgalomkoncentrátorba.  Egyes rendszereknél, pl. GSM, ISDN természetesen elhelyezhető a beszédkodek az előfizető készülékébe is. 

A mindenkori szempont az volt, hogy mi az olcsóbb. Olcsóbb -e

10 3 PCM kodek analóg

5

csomagkoncentrátorral, vagy 10 PCM kodek digitális csomagkoncentrátorral.

A pleziokron tulajdonság - sebességkiegyenlítés Q A

Miért kell sebességkiegyenlítés? Mert egymástól nagy távolságra lévő központokból érkezik a jel. Az átviteli közeg koax kábel, melynek késleltetése függ a környezeti tényezőktől. Tehát ha egyszerre járnának az órák, akkor is a nagy távolságon a koax változó késleltetést mutatna. Hogy a jelet fel tudjuk dolgozni, vissza kell belőle nyerni az órajelet, ami így eltérő lesz egyrészt a koax késleltetése miatt, másrészt, mert minden központban helyi oszcillátort alkalmaznak, melyek együttjárása nem teljesen pontos. Az időosztás megvalósításához pedig fázisban és frekvenciában is egyeznie kell a jeleknek. A fennti képen látható módon kétféle órajelet jelöltünk. A kétféle jelölés azt szimbolizálja, hogy mivel földrajzilag máshol helyezkednek el a kapcsolók, ill. primer központok, így a távolság miatt nem ugyanaz az órajel jut el hozzájuk. A szürke buborékkal körülvett egység egy szinkron egység (forgalom koncentrátor, kapcsoló, primer kp), mivel földrajzilag közel vannak, ugyanazt az órajelet kapják. A működés szinkron módon történhet. Mivel a II. szintű központoknak különböző földrajzi helyekről érkező, és így különféle órajelű jelek fogadására is késznek kell lenniük (vastag vonallal jelölt becsatlakozások), így történhet meg, hogy nagyobb sebességre van szükség a következő szintű multiplexált jelnek, mint amit a beszédcsatornák sokszorozódása megkövetelne. Például E2 - E3 szintek között 4-szereződik a beszédcsatornák száma, a szükséges átviteli sebesség pedig több mint 4-szeres lesz (32 Mbit/sec helyett 34 Mbit/sec).

26

Példaként álljon itt egy kép:

Látható, hogy a multiplexer minimális órajelét a bemeneten előforduló lehető legnagyobb órajelhez választjuk, és tűrést is adunk rá. A nyalábolás után nyert jel "órajelét" viszont mivel a nyalábolási órajel választja meg, így a kimeneti sebesség nem a bemeneti sebességek négyszerezéséből adódik. Innen a pleziokron elnevezés, és ez az eredete az átviteli sebesség növekedésének. A megvalósítás rugalmas tárral lehetséges:

Ez a tár képes arra, hogy más sebességgel olvassák ki a benne rejlő adatokat, mint amilyennel beírták. Természetesen töltő biteket kell ehhez beszúrni, és hogy tudja a vevő oldal, hogy mik a töltő bitek, és mik az adat bitjei, ezt jelző bitekkel adja a tudtára a rugalmas tár. A bit beékelési technológiát angolul Bit stuffing -nak nevezik, az amerikai irodalomban pedig justification -nak. Egy multiplex fokozatnál át kell vinni minden hierarchiaszinten a következőket:  Jelet, ami az információt hordozza.  Töltő biteket - melyeket a sebességkiegyenlítés céljából szúrtunk be  Jelző biteket - megmondja, mikor szúrtunk be  Jelzés biteket ( csak az I. hierarchiaszinten, 30 helyett 32 csatorna van ), a kapcsolat átviteléhez szükséges, helyét a keretezés szabja meg.  Keretszinkront, ( a PDH minden hierarchiaszinten újrakeretez ), az összes többi bit helyét a keretszinkronhoz viszonyítjuk  CRC, hibajavító kód  szolgálati csatorna Sebességkiegyenlítésre csak a II. hierarchiaszinttől felfele van szükség, hiszen az I. hierarchiaszint földrajzilag közel van a forrásához (I. szintig bezárólag szinkron rendszer, csak utána pleziokron), amennyiben a beszédkodek a végberendezésben van (GSM, ISDN), az órajelet a helyi központ adja a végberendezések számára.

27

Leágaztatás Egy másik fontos hátránya a PDH-nak a leágaztatás nehézsége. Egy ábra próbálja illusztrálni a nehézségeket:

Ez talán a PDH legnagyobb hátránya. Akkoriban mégiscsak a PDH-t választották. A teljes szinkronra a megoldást az jelentette volna, ha minden központ szinkronban működik, és az átvitel késleltetése állandó. Az órajel problémát egy mesteroszcillátorral, és PLL-ekkel akkoriban is meg lehetett volna oldani. A bajt az adat átvitele jelentette, ugyanis a koax kábel késleltetése függ a környezeti hatásoktól. A megoldást majd az optikai szál nyújtja. Meg kell említeni, hogy a PDH bár alapjában véve multiplex technológia, de kapcsoló funkciót az első PDH szinten elláthat. A nyalábolás és a kapcsolás kombinálását meg lehet oldani úgy, hogy a kapcsolás nem az I. hierarchiaszint előtt, hanem utána történik meg, vagy több fokozaton keresztül váltja a nyalábolás a multiplexálást. A PDH valós áramköralapú rendszer. A 4 kHz-es szűrő a mintavevő előtt helyezkedik el a PCM kodekben.

Keskenysávú adathálózatok Adattovábbítást meg lehet oldani akár áramkör kapcsolt, akár csomagkapcsolt módon. Angol elnevezéssel az áramkörkapcsolás: Public Circuit Switched Data Network, PCSDN, Nylivános célú áramkör kapcsolt adathálózat. Megvalósítható PDH alapon, így n  64kbit / sec sebesség valósítható meg. Az adatjelre jellemző a csomósodás, burst, börsztösség. A felépített áramkör kihasználtsága így változó. Elmondható, hogy az emberi beszéd 30-40% -os kihasználtságot biztosít, és ez az arány az adatnál még rosszabb. Így az adatot csomagokra bontva érdemes szállítani.

Ha nem áramkör szintű a kapcsolás, csomag szintű ütközés jön létre. Látszólagos áramkörkapcsolás esetén van hívásengedélyezés, erőforrásfoglalás, bontás, ugyanakkor másik látszólagos áramkör is létrejöhet ugyanazon útszakaszon. Tehát erőforrás foglalás történik, a csomagok mindíg ugyanazon az úton mennek.

IP- nél nincs előzetes útvonalkiépítés. Meg kell említeni, hogy mára elavultak az adathálózatok.

X.25 Ez az IP elődjének mondható.  csomag alapú  látszólagos áramkörkapcsolt  fémvezetékes közeg miatt gyenge minőség, így minden csomópontba hibajavítást építettek, ugyancsak minden csomópontban volt áramlás vezérlés.  sebességek:  hozzáférői: 16 kbit/sec  gerinc: 64 kbit/sec  második rétegben HDLC.  LAP-B: Link Access Procedure - Balanced (Kapcsolat elérési eljárás kiegyenlítéssel)  X.25 alapú hálózat neve: Public Packet Switched Data Network PPSDN.

28

Másodlagos adatátvitel  elsődleges adatátvitel: Mikor arra használják a hálózatot, amire tervezték.  másodlagos adatátvitel: beszéd, műsorátvitelre tervezett hálózaton adatot is átviszünk. A távbeszélő hálózaton ezzel a technikával 2,4 kbit/sec ... 33.6 kbit/sec sebességű adatátvitelt lehet megvalósítani. Mivel a távbeszélő hálózatban két helyen van PCM, és ezzel együtt sávszűrő, így adódik ez a kisebb sebesség:

ISDN Integrated Services Digital Network.  kezdetben nem tudták, milyen népszerű lesz, az üzletemberek a rövidítést az I Still Don't kNow mondattal jellemezték, majd mikor beindulni látszott, az I See Dollars Now mondat volt a jellemzőbb. Lássunk egy ábrát ezzel kapcsolatban, mely a technológiák piacképességét ábrázolja:



Többféle információt lehet átvinni rajta:  adat  beszéd  videó Igazán nem terjedt el, nem volt rá fizetőképes kereslet. Csatornák:  B csatorna (Basic, alap csatorna): valós áramkör alapú PCM/PDH, 64 kbit/sec  D csatorna (Data, adat csatorna): X.25 szerű csomag kapcsolt, 16 kbit/sec sebességű. Mivel jelzést is kell továbbítani, adat továbbítására csak 9.6 kbit/sec áll rendelkezésre.  LAP-D: Link Access Procedure for the D channel  Az alapkiépítéses 2B+D hozzáférés így 2*64 + 16 = 144 kbit/sec -os hozzáférési sebességet jelent. Az ISDN egyik problémája a többsebességű kapcsolás (multirate switching) megvalósítása (csak az ajánlásban van, a valóságban nem valósították meg). Miután nem csak 2*B+D hozzáférés lehetséges, hanem n*B+D is, így minden n-re meg kellene oldani a kapcsolás, útvonalválasztás problémáját. Végül az n=2 -re, és n=30 -ra valósították meg. n=30 esetben legtöbbször bérelt vonalról van szó, így a kapcsolást nem kell elvégezni. n=2 esetben pedig két B csatornára bontják az adatkapcsolatot, azokat külön kapcsolják, majd a másik oldalon egyesítik ismét a két csatornát. A Multirate Switching problémaköre rengeteg problémát jelent, ha valóban megvalósítanák, nagyon elbonyolítaná a kapcsolóközpontokat. Levonható a konzekvencia: Az áramkörkapcsolás nem hatékony, ha több sebességet kell kapcsolni. Így az adatátvitelnél a csomagkapcsolás lesz a célravezető, mert:  Az adat börsztös  Többféle sebességet kell kapcsolni (majd ATM esetén látható példa)

29

Mozgó keskenysávú távközlő hálózatok Az információ továbbítása két módon képzelhető el, melyeket rendre földfelszíni rendszerrel és műholdas rendszerrel valósítunk meg

Földfelszíni rendszerek 1G - NMT Ennél a rendszernél (Northic Mobile Telecommunication System) analóg volt a hozzáférői hálózat, a terület cellákra van osztva. A cellás megoldás megmaradt a későbbiekben.

Hierarchikus frekvenciaosztás történik. Minden cellának más a frekvenciája, és a cellákon belül tartózkodó felhasználók is mind különböző frekvenciákat kapnak meg. A hierarchikus felosztás a következőképpen néz ki:

A hozzáférés elnevezése FDMA (Frequency Division Multiplex Access). A cellás megoldás előnyei:  kisebb kisugárzott teljesítmény elég  az egészségre így kevésbé káros  kisebb méretű lehet a készülék (tápellátás biztosítható kisebb teljesítményű áramforrással) Ha a felhasználó átmegy a cellahatáron, átadást kell véghezvinni, angolul: hand over-t.

2G - GSM A 90 -es évek elején. A végberendezés is digitális lett, a kodek a végberendezésben található. Jellemző paraméterek:  TDM + FDM hozzáférés  beszédhang sebesség: 13 kbit/sec, a sebességcsökkenés ára: késleltetés. (Azért kell alacsony sebességet tartani, mert a frekvenciával spórolni kell)  adat sebesség: 14 kbit/sec  Több csatorna is összekapcsolható adatátvitel céljából, így n*14 kbit/sec érhető el, de maximum 56 kbit/sec (mert a távbeszélő gerinchálózaton 64kbit/sec a határ). Mivel az n*14 kbit/sec -ot így egy beszédcsatornába gyömöszölték, nincs multirate switching:

30

A legnagyobb sebességű átvitelnél HSCSD -ről beszélünk (High Speed Circuit Switched Data). Amennyiben viszont mind a 4 csatornát használom adatátvitelre, mind a 4 frekvenciasávot lefoglalom (az adat börsztössége miatt ez pazarlás). A rendszernek különböző szolgáltatásai vannak:  SMS: Short Message Service  MMS: Multimedia Message Service  WAP: Wireless Application Protocoll  Ez a hálózat is integrált szolgáltatású hálózatnak tekinthető.

2.5G - GPRS GPRS = General Packet Radio System - Általános csomagalapú rádió rendszer. Ezen a ponton szakítottak az áramkörkapcsolással. GSM alapon működik, a beszédátvitel továbbra is a GSM hálózaton történik. Az adatátvitelhez külön IP alapú hálózatot építettek, így megszűnt a 64 kbit/sec -os felső határ (nem PDH-n megy az adat, hanem IP alapú gerincen). Amikor nincs adaforgalom, nem kell foglalni a frekvenciasávokat, így más állomás használhatja. Természetesen ütközés felléphet. Így a gerinc egyesített távközlő és számítógépes hálózat:  IP alapú csomagkapcsolt  PDH alapú valós áramkör kapcsolt A végberendezésnek akár IP cím is kérhető. Az átvitel az eddigi gyakorlatban nem lehet nagyobb, mint 56 kbit/sec (bár a technológia enged magasabb sebességeket, nincs a 64kbit/sec -os korlátozó tényező, mivel az adat nem PDH-n keresztül megy), viszont olcsóbb lett az adatátvitel, hiszen a csomagkapcsolás nagyobb hálózati kihasználtságot biztosít az adat börsztössége miatt. A spirális fejlődés a kapcsolási technikák terén is megfigyelhető:

Magánhálózatok Általános jellemzők Ezek a mozgó, keskenysávú távközlő hálózatok különösen fontosak tűzoltóság, rendőrség, mentőszolgálatok, és katasztrófaszolgálatok számára. Általános paraméterek:  Áramkörkapcsolt hálózatok, a forgalomsűrítés miatt természetesen itt is felléphet hívásblokkolás. Erlang formulákkal modellezhető a blokkolás valószínűsége. Mivel itt készenléti rendszerekről van szó, komoly tűrést írnak elő a hívásblokkolás valószínűségére.  nem demokratikus rendszer, jellemző a hívás prioritás (előnyben részesítés)  a hálózatban van diszpécserszolgálat  szelektív hívás: hívás csoportokat lehet definiálni  nagy megbízhatósági követelmények  nagyobb adatbiztonság szükséges GSM pro GSM (professional), az Ericcson rendszere (Ez van Magyarországon kiépítve)  pl a Westelnél szállítmányozás segítéséhez használják a rendszert  a teljes rendszerre: 100 hívásból 1- szer lehet blokkolás TETRA Terrestrial European (ma: Enhanced) Trunked Radio: a Motorola, és a Nokia rendszere. (Trunked - trönk: Eredetileg ez egy olyan áramköri szakaszt jelent, ahol forgalomsűrítés történik. Jelen esetben azonban kicsit módosul a jelentése, mert itt a hozzáférőicsatornák idő szerint meg vannak osztva, így blokkolás lehet)

31

TETRAPOL Francia orientációjú megoldás

Műholdas rendszerek Műholdas rendszerek általános jellemzői      

Elvileg elkülönülnek a műsorszóró rendszerektől (fizikailag lehetnek egy műholdon) A műholdak nem együtt forognak a földdel, ezért kell több műhold, hogy mire az egyik kilép, a másik átvehesse a szerepét (keskenysávú távközlő rendszereknél, szélessávúnál lesznek olyanok, melyek a földdel együtt mozognak) Mozgó, globálisan lefedő rendszer - visszatekintve a földfelszini rendszerekre: 900 MHz-el le van fedve Mo., 1800 al nem is lesz Egyenlőre nem piacképesek a műholdas rendszerek A fénykábel megjelenése előtt nagy volt a jelentőségük, de ekkor sem a mozgó távközlésben. A spirális fejlődés itt is megmutatkozik. Két megvalósítás létezik

Iridium Az iridium atomszerkezetéről kapta a nevét. eredetileg 77 műholdat terveztek fellőni. Végül csak 66 műhold látja el a feladatot, és 11 tartalék műhold kering 750 km magasságban. Sebessége 2,4 kbit/sec, ami jelenleg elég kevésnek tűnhet. Rengeteg idő kellett, míg fellőtték a műholdakat (a föld fellövőkapacitása véges), mire megcsinálták, elavult. Az átviteli sebesség a későbbiekben módosult 9,6 kbit/sec -ra. Global Star 64 kbit/sec- re tervezték, 48 műholddal. Kevesebb műhold kell, mint az Iridiumnál, mivel ezúttal távolabb keringenek a műholdak (földfelszín felett1500km). 2.1.2 Szélessávú távközlő hálózatok

SONET/SDH Synchronous Optical Network (USA, ANSI), Synchronous Digital Hierarchy (CCITT, ITU-T).  Megmaradt Európa és Amerika kettőssége, de már nem olyan éles.

Technológiai háttér - optikai kábel     

A technológiához kellett az optikai kábel megjelenése (70 évek végén). Egészen eddig azt hitték a fizikusok, hogy az üveg csillapítása túl nagy ahhoz, hogy hosszútávú átvitelre lehessen használni. Viszont miután nagy tisztaságú üveget elő tudtak állítani, kételyeik szertefoszlottak. széles sávú átvitel vált lehetővé 9

3

5

kedvező hibaarány,: 10 (rádiós távközlésben ez 10 , koax esetében pedig 10 , az áthallások miatt). A jó hibaarány annak köszönhető, hogy optikai kábel esetében nincs áthallás. késleltetése állandó, nem függ a környezeti paraméterektől a 80-as évek közepétől a 90 -es évek elejéig technológiai burjánzás rajongta körbe az optikai átvitelt. Nagyjából 2000-re letisztult a kép, kialakultak azok a technológiák, melyek tartósan felhasználhatják.:  Először PDH rendszerekben alkalmazták, de rájöttek, több lehetőséget kínál, így a PDH fejlesztését abbahagyták, mert:  PDH keveset fordít a biztonságra  Viszont miél több csatornát multiplexálnak annál többet kell fordítani a biztonságra  a szinkron rendszer egyszerűbb, és ez nagy sebességeknél igen fontos szempont ( röpködnek a GHz -ek)

32

SDH hierarchia szintek 

Ott kezdődik a SONET/SDH, ahol a koaxos PDH véget ér. SONET szintek STS-1 STS-3 STS-12 STS-48 STS192 SDH szintek STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 névleges átviteli 52 Mbit/sec 155 Mbit/sec 622 Mbit/sec 2,5 Gbit/sec 10 Gbit/sec sebesség beszédcsatornák 672 USA: 3*672 = EU: 7680 EU: 30720 EU: 122880 száma 2016 (4x190) (4x7680) (4x30720) EU: 1920 Átviteli közeg földfelszini és műholdas rádió optikai kábel  a 2.5 Gbit/sec -os átvitel jóval olcsóbb a 10 Gbit/sec -nál, így inkább azokból építkeznek. A táblázat nagyobb távolságokra (50-100 km) tartalmazza az átviteli közeget, rövid szakaszokon természetesen lehet alkalmazni koaxot is, ha az ingadozás nem zavaró. A rövidítések jelentése:  STS: Synchronous Transport Signal- szinkron átvitelre szolgáló jel  STM: Synchronous Transport Module  Látható, hogy az amerikai rendszer kicsit nagyobb sebességen kezdődik, mint ahol a koaxos PDH véget ér, nem 45 Mbit/sec-on. Azért lett 52 Mbit/sec az átviteli sebesség, hogy a 45 Mbit/sec fölé elég nagy fejlécet tudjanak tenni, a biztonság érdekében. Az eredeti táblázat nem így nézett ki, de az Európaiak kérték, hogy illeszkedjen az Európai PDH rendszerhez, így az ANSI módosította a szabványt. A táblázatból tudni kell:  először háromszorozás, majd négyszerezés  névleges sebességek nagyságrendileg  ezekből a beszédcsatornák száma kiszámítható

Az SDH szinkron tulajdonsága  

Egy mesteroszcillátorhoz szinkronizáljuk az összes órajelet PLL-el. Az órajel jöhet műholdról is, pl. GPS (Global Positioning System). Az órajel változhat üzemeltetőnként (pl. más lehet a Matávé, meg a Pantelé), viszont közeghatáron mindenképpen sebességkiegyenlítést kell végezni bitbeékeléssel.

Az ábrán is látható módon itt pontos négyszerezés valósul meg. Egy keretórajel van, abból helyes fázisú, és frekvenciájú órajel származtatható minden hierarchia szinten.

SDH Leágaztatás, rendezők A rendszer szinkron tulajdonsága miatt egyszerűen le lehet bontani a nyalábolt folyamot,ha csak egy részről van szó. A következőkben ismertetésére kerül ennek eszköze, az ADM (Add - Drop Multiplexer)

33

A képen egy ADM, Add-Drop Multiplexer látható. Úgy képzelendő el az egész hierarchia, mintha nagy dobozokba kisebb dobozokat tennénk, abba mégkisebbeket, stb. A PDH esetében minden doboz le volt zárva tetővel. Az SDH esetében csak a legfelső doboznak van fedele.

 

SDH esetében készíthető digitális rendező, DXC , DCC (Digital Cross Connect) (vezérelhető digitális rendező) melyet a hálózatmanager vezérel (általában havonta 1 -2 alkalommal). Ennek rajzjele nem tévesztendő össze a kapcsolóközpont jelével, különbség, hogy az X -aljáról elmaradnak a talpacskák. Hogy egy rendezőn belül mely kimenetet melyikkel kötjük össze, azt a hálózatmanager vezérli.:

A rendező egybe van építve a nyalábolóval, így kisebb sebességű összetevőket is ki lehet venni.:

A PDH- nál a kapcsolást csak az első szinten lehetett megvalósítani, az utána lévő szinteken merev a hierarchia.

34

Az SDH multiplexer nagy előnye, hogy többféle bemenetet képes kezelni:

Tehát az SDH multiplexer a bemeneten széles palettát tud fogadni. Ez nem jelenti, hogy minden SDH multiplexer föl lenne készítve bármilyen bemenet fogadására, hiszen ez eléggé költséges lenne. Amikor megrendelik az SDH multiplexert, közlik a gyártóval, milyen bemeneteket szeretnének kezelni, és ehhez készíti el a gyártó a berendezést.

Megbízhatóság, skálázhatóság

A képen látható módon az SDH multiplexer autómatikusan tud szakaszt tartalékolni, ez beépített funkciója. Ez védelmi kapcsolás, azaz híváskapcsolás nincs, nem is lesz, hiszen a PDH pleziokron tulajdonságát magasabb szinten nem lehet szinkronná változtatni! Kapcsoláshoz szükség van a bit szintű órajelre. A másik ok, amiért nincs benne híváskapcsolás, az az, hogy a többsebességű kapcsolás megvalósítása nehéz (lásd: ISDN). A rendszer rugalmasságát a rendező biztosítja. Egy rendezőkből álló hálózati mag jellemző, mely jól összekötött struktúrával bír. A hálózatmanager változtathatja a központi útvonalat, de ez a híváshoz képest sokkal ritkábban történik, forgalmi statisztika tartós megváltozása esetén.

Összefoglalás - Magyar SDH helyzet Magyarországon eleinte kiépült a PDH (1992- től létrejött a gerincháló), majd ráépült az SDH (1995-től kiépültnek tekinthető) (Matáv, Pantel, Hungaronet, akadémiai háló). Magyarországon jól ki van építve az SDH hálózat.

35

Az SDH rendszer összfoglalólag a következőképp írható le:  teljesen transzparens transzport hlózat (átlátszó)  alapvetően nyaláboló rendszer,  nincs kapcsolás, nincs forgalomsűrítés HTE ÁBRA!!! (EU távk. szabályozásának reformja NEMTUDOMMI)

SDH és PDH topológia PDH Topológia 

Alapjában véve pont - pont alapú a gerinchálózat. A biztonság kedéért kettős csillag struktúrát alkalmaznak, és ezt megfejelik egy gyűrűvel így egy igencsak szövevényes hálózat adódik. Álljon itt egy ábra, mely egy tipikus PDH topológiát hivatott ábrázolni:

SDH topológia 

Az ábrán látható módon kettős gyűrű alakzatot alkalmaznak, hiszen fő cél a megbízhatóság:

Ha szakadás történik, akkor automatikusan visszahurkolnak a csomópontok, így bár feleződik a sebesség, viszont a hálózat nem esik ketté. Ezt nevezik öngyógyító gyűrűnek (self - healing - link)  Lássunk egy megvalósítást:

36

Optikai hálózat  

  

részben a csomópont is optikai (emlékezzünk, SDH-nál csak a vezető üvegszál!) sebessége:  Először is TDM -et alkalmaznak, melynek a kimenetén 10 Gb/sec jelenhet meg. (A gyakorlatban a 2.5 Gbit/sec a határ)  A TDM után még egy WDM -et is alkalmaznak, mely 160 különböző hullámhosszat masszírozhat bele az üvegszálba. Ha több, mint 10 hullámhossz kerül multiplexálásra, a technológiát DWDM -nek nevezik. (ez csak egy elnevezés, nincs jelentősége)  A kettő szorzataként kapjuk az átviteli sebességet, mely így 1.6Tbit/sec -ra adódik, mely 20 millió beszédcsatornát jelent. Eszközök :OXC - vezérelhető optikai X connect (később lesz még szó róla bővebben) A PDH, SDH, WDM - megtartják az áramkör kapcsolt jelleget Az informatikusok, villamosmérnökök frekvenciában, a fizikusok hullámhosszban gondolkodnak, gyakorlatilag teljesen mindegy, hiszen ugyanarról van szó. Megfigyelhető a fejlődési trend: gezdetben volt a térosztás (SDM), majd jött a frekvenciaosztás (FDM = WDM), a digitális korszak hozta meg az időosztást (TDM), most pedig a két utóbbit alkalmazzák együtt (TDM+WDM).

ATM hálózatok Bevezetés   

Feloldás: ATM = Asynchronous Transfer Mode A fénykábel megjelenése tette lehetővé Kicsi, és egyforma méretű csomagokat használ, melyet itt cellának neveznek:  A cellaméret: 53 byte, ebből:  48 byte hasznos teher  5 byte fejléc

Működése 

A cellák pl. 155 Mbit/sec sebességgel, szünet nélkül követik egymást. Ezen szemszögből tehát szinkronnak mondható. Viszont a cellák néha üresek, vagy csak félig vannak megtöltve. Azért viszik át az üres cellákat is, hogy a vevőszinkronizációt fenntarthassák. Egy ábra illusztrálja a folyamatot:

Tehát a vízszintes tengely szemlélteti az idő múlását. Az, hogy szigorú ütemben, szünet nélkül érkeznek a cellák, azt a vastag vonalkák jelzik (ezek a cellahatárok). Minél több adatot tartalmaz a cella, annál jobban van besatírozva. Látható, hogy a negyedik cella teljesen üres, mégis átvitelre került.

37

ATM MPX, mint statisztikus multiplexer 

Az alábbi ábrán látható egy ATM multiplexer, mely két adatotfolyamot multiplexál. Ha a bemeneti adatokban vannak üres cellák, a kimeneten is lesznek, de sokkal kevesebb, mint a bemeneteken volt. Ha nem így lenne, állandó torlódások lennének a hálózatban. Néha még így is vannak, ezért tárolókat alkalmaznak az ATM MPX-ekben. Mivel a tároló kapacitása véges, így túlcsordulás esetén egyes cellák akár el is veszhetnek az ATM MPX -ben.

ATM - cellakapcsolás Az ATM cellákat kapcsol, de ugyanakkor látszólagos áramkörfelépítés történik. Az ATM cellakapcsoló rajzjele a következőképpen fest:

Látszólagos áramkörfelépítés történik, azaz a csomagok mindíg ugyanazon az útvonalon mennek:

Kapcsolás módja Hívás (ATM switch) elemei:  CAC - hívásengedélyezés  útvonal választás (routing)  erőforrás foglalás (resource capacity provision -átviteli út kapacitás + processzor kapacitás)  rendszabás (policing)  a háló méri a bejövő forgalmat, és ha valamely adatfolyam a díjszabásban rögzitett korlátot túllépi, a torlódás veszély miatt a kapcsoló úgy intézkedik, hogy tároló túlcsorsulás esetén az illető adatfolyam csomagjait nagyobb valószínűséggel dobják el!  díjszabás (accounting) Sebesség granularitás:  Feloldás: granularitás = többféle sebesség  Az üres cellák arányával igen jól lehet szabályozni az adatsebességet.

38

Rendezés megvalósítása ATM DXC -vel:   

ATM DXC+ nyalábolás- a gyakorlatban ezek terjedtek el. Virtual Circuit -VC Virtual Path - VP - több látszólagos áramkörből áll (max 4096). A következő ábrán látható, hogy a felnagyított részlet több Virtuális áramkört tartalmaz (jelen esetben kettőt)



VP:  hatékonyabb kapcsolás vagy rendezés  hálózat menedzselhetőségét javítja VC, VP változatok:

 

Cella, VC -VP koncepcióval a rendezés gyorsan megvalósítható míg az X.25 - nél hibajavítás és torlódásvédelem van minden csomópontban, ATM- nél semmi ilyesmi nem található (torlódás védelem azért közvetve van pl. erőfrrás foglalás útján - de ez sokkal kevesebb erőforrást kíván ugyanannyi kapcsolatra)  ATM bemenetek:  nyers ATM cella (keretezés nélkül) 25 v 155 Mb/sec  PDH, Sonet, SDH keretezésű jelek n * 64 Kb/sec ... 2.5 Gp/sec  25 Mb/sec LAN  100 Mb/sec FDDI  ADSL  rádiós interface-ek (felszíni és műholdas is lehet) A technológia fejlődése:  A CCITT1988-ban adta ki az első ATM szabványt  Sebesség fejlődés:155 Mb/sec -ról 600 Mbps -ra, majd 2.5 Gb/sec-ra.  AzATM - szolgáltatás minőséget tud garantálni:  QoS - eszközrendszer :"hívás(switch)"-nál felsoroltak CAC, routing... stb.

39

ATM alkalmazások 

ATM gerinchálózatban (rugalmasságot lehet becsempészni vele - kihsználtság javítás) Lássunk egy példát, mely a problémát szemlélteti:

Ezen pazarló megoldás helyett ajánlott a következő:



További ATM alkalmazások:  ADSL  UMTS  IP over ATM - IP ATM felett (szabvány szinten kész, tervezik, gyártják, küszöbön áll)  all-IP: szabványosítás még folyamatban

B-ISDN hálózatok Feloldás: B - Broadband - szélessávú. Amikor megjelent, akkor a "normál" ISDN-ből lett az N-ISDN)  Azt hitték, hogy a megoldás alapja az ATM lesz (különböző szolgáltatás szintekkel)  Nem valósult meg, sőt ma már a B-ISDN-ről alig beszélünk. Helyette: IP alapú hálózatok, mert:  Ma már egy IP router 10 Gb/sec-ot is képes teljesíteni SDH keretezésű bemeneten  Utolérte az ATM-et sebességben  Másik ok:- IP alapú hálózatok elterjedtsége az alkalmazások miatt (www). Így az ATM visszaszorult (azért még létezik), lásd: ATM alkalmazások

FR - Frame Relay - keret továbbítás: Az X.25 és ATM közt helyezkedik el. Az X.25 és az ATM is látszólagos áramkör alapú, az X. 25 mindegyik csomópontban hibát javít. A FR jobb minőségű vezetékre épült (koax, optikai) így minden csomópontban csak hibát ellenőriz, a hibás kereteket pedig eldobja. Az ATM a csomópontokban nem foglalkozik a hibákkal. Az X. 25, ATM alapjában véve Európában terjedt el, a FR az USA-ban. Sebessége 1.5 Mbps...45 Mbps. USA-ban FR-t fektettek le sok helyen Európában ATM-et. A FR lassabb, mint az ATM.

40

DTM - Dynamic Synchronous Transfer Mode: Nagyjából 1990-re tehető, Svédországba. Tekintsük, mely technológiákból akart kiindulni. A PDH-t, SDH-t tekintve rögzített adatmennyiséggel találkozunk. Az Ötlet, hogy lehessen változtatni az időréseket. (burst). Szinkron időréseket tekint egy-egy időréshez kapcsolódóan dinamikusan változó a sebesség. Sebesség változás burst-önként. A 2000-beni piacszűkülés miatt nem terjedt el.

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Loop:  

Az előfizetői hurkok kapacitásának gazdaságossá tétele a cél. Példaképp említendő a Japán távközlés, mely "belterjes". Elhatározták, hogy mnden házhoz üvegszálat vezetnek el. Ezt nem tudták megvalósítani, mert még ezt a belterjes piacot is érintette a recesszió. Másik oka a meghiúsulásnak, hogy a végberendezés is nagyon drága Q Ismétlő kérdés: modemes átvitel mitől lassú? A Válasz: 4 KHz LPF + PCM miatt Lássuk ezután az ADSL vázlatát:

Az asszimmetria jellemző a rendszerre, nevében is benne van  letöltés: 0.1...8 Mbps  feltöltés: 16...800 Kbps Ezek technológiai korlátok, Mo-on: 384 (le) és 64 (fel) terjedt el.

Az ADSL -vázlattal kapcsolatosan meg kell említeni, hogy a DSLAM (Dgigtal Subscriber Line Access Multiplexer) több ADSL csatornát is képes fogadni. DSLAM után egyik használt megoldás a PPP over ATM Q Mit jelent az, hogy az ATM szemcsés? A A sávszélesség finom lépésekben változtatható. Így ez a tehnológia lehetővé tenné, hogy hívásonként változtassuk a hozzáférői sebességet - ez egy elvi gondolat volt. Összefoglalás - technológiai rétegek   

SzgH tárgynál: funkcionális alapú rétegezés TH: nincs ilyen modell, ahány hálózat, annyi modell A technológiai rétegezés: TH világában szokásos

41

Példák rétegződésekre kapcsolás, rendezés funkciók:

Szempontok A Skálázhatósági szempont - skálázhatóság jelentése:  egy technológia mennyire fog át  nagy területet  nagy sebességtartományt  sok felhasználót Másik szempont - menedszelhetőség:  főleg a gerinchálózatokban fontos: ATM, SDH, OPT  akkor kell menedzselni, ha a forgalmi ststisztika tartósan megváltozik, illetőleg meghibásodás esetén.

TH technológiák jellemzői  Qos, díjszabás  áramkört hoznak létre - valós, vagy látszólagos Álljon itt egy OSI - like ábra, mely a rétegek bonyolultságát szimbolizálja (Az ábra szélessége a megfelelő réteg bonyolultsága)

Hálózati forgalmi modell szerint a felhasználó működése független a hálózattól

42

2.2 Számítógép hálózatok Bevezetés - IP alapú hálózatok Mindennek az alapja: IP protokoll család, TCP/IP protokoll család IP: hálózati réteg  Forgalomirányítás (útválasztás formájában)  torlódásvezérlés (ezzel nem foglalkozik)  datagram típusú átvitel, adatcsomag alapú átvitel - visszük a csomagokat, de útvonalat nem építünk ki. Szállítási réteg:  TCP Transmission Control protocol (átvitel szabályozó protokoll)  UDP User Datagram Protocol (felhasználói adatcsomag protokoll) IPv4 működik, IPv6 nem tudjuk mikor települ IPv6 mássága:  több cím (IPv4-nél lassan elfogynak a címek!)  mobilitás támogatása  biztonság - talán emiatt lassult le a bevezetése (2001. szept. 11. miatt. megláttuk, mennyire fontos is az a biztonság)

Különbség a TCP és az UDP között TCP:  szállítási: forgalomszabályozás, hibajavítás, sorrendezés  lenyúl a hálózati rétegbe: torlódás vezérlés (visszaveszi a sebességet), így viselkedése adaptív, ez az adaptivitás a legfontosabb, hiszen a hálózat visszahat a felhsználóra.  adat átvitelére használjuk UDP:  nem baj, ha időnként egy - egy csomag elveszik (pl beszédátvitelnél nem számít, sokkal fontosabb paraméter a késleltetés)  real - time adat ok átvitelére használjuk TCP + UDP egy hálózatban - egymásrahatások:  TCP látja hogy nagy a forgalom, ezért visszavonul, Ennek hatására mindkettő javul, hiszen a TCP visszavette a sebességet, így több sávszélesség marad az UDP- nek, az UDP jobban RealTime tud lenni.

Számítógép hálózatok - rétegek bonyolultsága Számítógép hálózatok tervezéséhez a mai napig nincs kiforrott méretezési módszer (TH-nál van - Erlang). TCP adaptivitása miatt nem lehet a felhasználókat modellezni. Lássuk, hogy alakulnak a komplexitási viszonyok a számítógép -hálózatok esetében:

Klasszikus IP hálózatok

Ethernet sebesség fejlődés: 10 Mbps -> 100 Mbps -> 1Gbps -> 10 Gbps

PPP fontos az internet hozzáférés szempontjából

43

Token bus, Token ring vezérjeles busz, vezérjeles gyűrű mindenki kiszolgálásra kerül Vezérjeles sin:  1,5 Mbps - illeszkedik az USA PCM-hez  10 Mbps Vezérjeles gyűrű:  1,4 Mbps  16 Mbps sebességben nem fejlődtek, ellenben máshol megjelentek

FDDI - fiber distributed data interface (fényszállal szétosztott adat határfelület) - kötött topológiájú hálózat, nem jól skálázható!

hasonlít az SDH -hoz, az öngyógyító tulajdonságon keresztül, itt viszont a rendezés nehezebb. Másik változat: FDDI - 2: szinkron megoldás, valós idejű követelményt próbálták megvalósítani. PCM keretek nem terjedt el.  Mára ezek elavultak - az ATM lőtte le őket.  Ma inkább Th-okon visznek IP-t.

DQDB Distributed Queue Dual Bus Feloldás: Kettős sín elosztott várakozási sorral - MAN alkalmazásokban

Nincs központi intelligencia, mégis figyeli, melyik csomópont várakozik legrégebben Ez sem skálázható - kötött struktúrájú.

SMDS Switched Multimegabit Data Service: kapcsolt többmegabites adatátviteli szolgáltatás  45 Mbps - több DQDB összekötésére  VPN - Virtual Private Network nem használták

Összefoglalás Tartós maradt: ATM, SDH, ETHERNET, többi a fénykábel burjánzása. Eddig a klasszikus IP hálózatokról beszéltünk.

44

QoS IP hálózatok Ez a jelen, jövő

MPLS Multi Protocol Label Switching Dinamikus útvonal kezelést valósít meg (ellentétben az ATM-mel, amely vagy áramkör vagy permanens áramkör kapcsolású). Gerinchálózati technológia, menedzselhetőséget támogatta, opcionálisan a minőséget is támogatja. USA-ban terjedt el, míg EU-ban az ATM-et nyomják.

Az ábrán látható, hogy a klasszikus IP hálózaton a csomagok útvonala változhat. Viszont általánosságban elmondható, hogy ugyanarra mennek. Ekkor jött az ötlet, hogy minek értékeljük ki a címeket, hiszen ez egy időigényes feladat. Ötlet: rögzítjük az útvonalat (virtuális útvonal) - VP - (Virtual Path)-t készítünk. A kapcsolás címke szerint (a virtuális útvonal címe szerint): Label switched path - a címke az útvonalat jelöli ki, nem a felhasználót. Q Különbség ATM - MPLS között: A MPLS: dinamikus útvonal kezelés A ATM: statikus, amíg fel nem bontjuk a kapcsolatot, addig marad az útvonal A MPLS -ben nincs hívás, az útvonal kijelölés megjegyzi, merre mennek az IP csomagok, és eszerint építi ki az útvonalat A ATM: periodikus lekérdezés az útválasztóktól hogy mennyire foglaltak, van e szabad kapacitásuk. valós áramkör TH: felhasználó = 4kHz, kiszámítható, forgalmuk modellezhető, stacioner látszólagos áramkör dinamikus útvonalkezelés SZH: dinamikusan viselkedik, nincs tartós erőforrás foglalás, felhasználó is dinamikus. datagram Könyv: Dr. Dárdai Árpád - Mobil távközlés, mobil internet "Mobil Ismeret" kiadó, Bp., 2003 - inkább átfogó jellegű, mint túlzottan szakmai. Az MPLS alkalmazásánál a kezdeti cél az volt, hogy az útválasztók gyorsak legyenek (gyors címkiolvasással) cca 1992-ben  Ma már NEM ez a fő cél! Inkább:  menedzselhetőség LSP - kötegelve a hálómenedzser is beavatkozhat (nem csak az RSVP (lásd később))  erőforrás foglalható (nem kötelezően)  VPN - VPN-ekhez címkekapcsolt útvonalakat kapcsolhatunk.

RSVP Resource Reservation Protocol MPLS-től függetlenül is használható erőforrás foglaló protokoll (IETF - 1997-ben szabványosította), mely periodikus lekérdezésen alapul, a lekérdezések cca. 30 mp-enként követik egymást véletlenszerűen.

IntServ (IS) Integrated Services (IP Netw) - Integrált szolgáltatású IP háló.

TCP, UDP portokhoz a forgalom külön - külön hívásengedélyezésen, erőforrásfoglaláson keresztül zajlik, pl RSVP használatával. Ezek még csak mintahálózatok formájában léteznek

45

Igény szerint lehet változtatni a:  sebességet  minőséget (késleltetés, jitter, csomagvesztés) garantál. Hátránya: minden routerben erőforrást foglal, mivel az erőforás mindíg véges, így NEM skálázható! Ezen hátrány miatt gyakorlatilag csak LAN célokra jó

DiffServ DS, IETF Differentiated Services (IP Netw) Megkülönböztetett szolgáltatású IP hálózat, mely az IntServ hátrányát próbálja kiküszöbölni.  DS tartományokat hoznak létre

Határcsomópontok feladata  hívásengedélyezés (CAC)  rendszabás, mely lehet:  elosztott  központosított módon, bandwith broker (sávszélesség ügynök) segítségével, mely ügyel a foglalt sávszre  osztályba sorolás az IPv4 - ToS nevű fejléc-mezőjének kitöltésével (Type of Service) Belső csomópontok feladata:  prioritást kezel A belső csomópontoknak sokkal kevesebb feladata van, a sok számítással járó műveletek a határcsomópontokra lettek bízva. DS tartomány:  gerinchálózati megoldás (pl. az üzemeltetőnek lehet tartománya) pl: IS LAN + DS tart. gerincháló A Diffserv sem terjedt el túlzottan - mintahálók léteznek.

VoIP Voice over IP (beszédátvitel IP felett)  sok megoldás létezik:  ITU - T: H.323.  IETF: SIP - Session Initiation Protocol (viszonylétesítő protokoll) - ennek szabványosítása folyamatban van (még nem valósult meg) UMTS-ben lehet, hogy ezt a megoldást fogják erőltetni.

H.323 ajánláscsalád A H323 -at gyártják és telepítik is, azaz egy működő rendszerről van szó. Jelzésrendszere hasonló az ISDN-hez, itt is van hívásbeléptetés (CAC). Átjáró (GW)  CAC-t ez valósítja meg, kodek van benne, itt van a 2 / 4 huzalos átalakítás, van jitter csökkentő tároló is. A jitter - puffer ára, hogy a késleltetés nő (cca 50 msec), ami tetézi az eleve 20 ms-os késleltetést, ami a 10 Kbps sebességű beszédkodekből fakad. Tartományvezérlő (gatekeeper)  1db / tartomány  központosított információk vannak benne, például hogy az átjárókban hogyan végezhetjük a beléptetést. Központi vezérlő:  több tartomány kezelésére szolgál

46

Ajánlás - multimédia átvitelére (ez például a gyakorlatban nem nagyon látható) MCU (Multimedia Control Unit), tartományonként 1db ilyen. TH megközelítés: csak azt engedjük be a tartományba, akinek a Q-t tudjuk biztosítani SzH megközelítés:mindenkit beengedünk Mobil (mozgó) IP hálózatok Ebben a részben megkülönböztetünk földfelszíni, és műholdasrendszereket.

Földfelszíni hálózatok GPRS Lásd GSM

EDGE Enhaced datarate GSM Evolution Technologí (megnövelt adatsebességű GSM technológia)  A modulációs állapotok számát növelik - 8 PSK -val ennek eredményeképp:  nő a sebesség: 384 Kb/sec, maximum 100 km/h-s sebesség mellett  144 Kbps max. 250 km/h sebsségig  jel / zaj viszony romlik, hatósugár csökken. Ha hatósugáron kívül kerülünk akkor a GPRS vagy a HSCSD lehet az alternatíva.

UMTS Hatékonyabb hozzáférés: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access, szélessávú kódosztásos hozzáférés):  minden felhasználóhoz egy külön kódot rendelünk (minden jelet máshogy kódolnak)

Ugyanakkor mindenki ugyanabban a frekvenciatartományban van.  frekvenciasáv: cca 1950 MHz au EU-ban  sebesség: 384 kbps - max 250 km/h sebességig  DE sétálva 2 Mbps!!!!

WLAN Wireless LAN (vezetéknélküli helyi hálózat)  IEEE 812.11x (x lehet a, b, g, i) 1997-ben kezdődött az első felhasználás A hozzávaló berendezések már kaphatók

47

Kiépített hálózat Az ábra egy alkalmazási példát mutat:

Frekvenciák, teljesítmények:  USA: 1 W, 900 MHz, 2.4 GHZ, 5.5 GHz - a használt frekvenciasávok  EU: 100 mW, 400 MHz, 2.4 Ghz, 5.5 GHz Ezek a frekvenciasávok azért jók, mert ezek ISM (Industrial, Scientific, Medical), azaz ezek NEM engedélykötelesek! De például a mikrohullámú sütő is 2.4 GHz-en működik és rendesen zavarja is ezeket az eszközöket. Éppen ezért a frekvenciaugrásos módszert alkalmazzák: vivőfrekvenciát véletlenszerű ugrásokkal változtatja az adó és a vevő is. Alapkiépítés: 802.11b - 2.4 GHz  Sebessége a fizikai rétegben 11 Mbps ez a hálózatiban cca 5.5 Mbps 802.11a - 5.5 GHz  sebessége a fizikai rétegben 54 Mbps, a hálózatiban 32 Mbps

Alkalmi hálózatok Ekkor minden végberendezés útválasztó is! - ez ma még nem terjedt el Haditechniki alkalmazásokból jött. (tank) van master, és vannak slave-ek, de ha a mastert kilövik akkor a slave-ek újat választanak.

Hyper LAN ITU - T, ETSI, High Performance Radio LAN (nagy teljesítőképességű rádió LAN) 54 Mbps-ot ők érték el először, de ekkor már a 802.11b erősen elterjedt ,ez segít a HyperLANnal konkurrens 802.11a-nak is A Hyper LAN még csak a szabvány állapotában van

Bluetooth Még egy fajta WLAN szerű háló, mely egy Viking királyról kapta a nevét, aki a viking törzseket egyesítette, ő volt "A kék fogú" Skandináv kezdeményezés, mely a következő alapból indul ki:  Adott a PC, és a perifériák:  fejhallgató  nyomtató  kisebb számítógép  mozgó készülék mindegyikhez külön drót kell, így a dinamikus változtatás nehéz. A Bluetooth segítségével ezek drót nélkül tudnak kommunikálni. Az ISM 2.4 Ghz-es sávjában működik így a WLAN -al zavarják egymást! Ennek kiküszöbölésére az eszközök közt minimálisan 1 m távolságot kell tartani.

48

Parméterek:  Bluetooth hatósugara 10 m, de kiegészítővel megnövelhető 100 m-re  maximum 8 egységből álló hálózat, ezt piconetnek nevezik  1 mester és 7 szolga + ... parkoló szolga, melynél csak a szinkron van fenntartva, de nincs átvitel.  max sebesség: 1Mbps  több piconet-et is össze lehet kapcsolni a szabvány szerint, és az így nyert hálózat neve; szétszórt hálózat scatternet  az összekötést átjárók végzik! (GW)  ez is alkalmi (ad - hoc) hálózat

Frekvenciák magyarázata GSM:  900 MHz jelentése:  890 - 915 MHz: mozgó állomások részére  835 - 960 MHz: bázisállomások részére- ezek a vivők, ezt moduláljuk, körülötte sávok keletkeznek -> 2 * 214 db vivő  1800 MHz esetén:  1710 - 1785 MHz: mozgó állomások számára  1805 - 1880 MHz a bázisállomásoknak ISM:  2.4 GHz jelentése: 2400 - 2483.5 MHz  5.5 GHz esetén a frekvenciasáv 5725 - 5850 MHz

Müholdas hálózatok Teledesic 1990-ben Teledesic Corporation (jött létre?) Craig McCrow és Bill Gates ötlete nyomán, vezetésével  eredeti elképzelésük szerint 800 műholdat kellene fellőni, ez viszont drága és sok ideig tart a fellövés is. Ugyanakkor a rásiócsillagászok is tiltakoztak, mert a sok műhold leárnyékolná az égboltot.  A mai elképzelés: 30 műhold elegendő ha magasabbra lőjük őket (1500 km)  2005-re tervezik bevezetését Sebességek:  sétáló sebesség:  feltöltés: 128 Kbps ... 100 Mbps  letöltés: 720 Mbps  repülésre, hajózásra külön rendszer Csomagkapcsolt technika, a kapcsolás a műholdon történne Tipp: UMTS versenyképesebb, viszont amely földrészeken nem érdemes UMTS-t telepíteni, ott labdába rúghat.

IP hálózatok áttekintése technológia Klasszikus IP QoS IP Mobil IP

jövőkép Ethernet lassan kifut burjánzó, messze a vége sok fejlesztés

érettségi fok legérettebb éretlen érett

49

Vegyes technológiák A vegyesen távközlő és számítógép hálózati technológiákat is alkamazó hálózatokat egy réteges szerkezettel lehet ábrázolni

Információ közlő hálózatok - befejezés

eddig: technológia orientált tárgyalás (szubjektív), most: diszciplináris tárgyalás következik, azaz elvekből indulunk ki, technológiát csak példaként említünk

50

3. Hálózatok felépítésének elvei Bevezetés (bevezetés a diszciplináris tágy.-hoz) 3.1: hálózatok összekapcsolásai 3.2: hálózatok elemei 3.3: hálózatok osztályozása 3.4 hálózatok funkcionális modellje 3.1 Hálózatok összekapcsolása Bevezetés Hálózatok alatt akár Távközlő, akár Számítógép hálózatokat érthetünk, akár a kettő együttesét (általában így van). Most áttekintjük, egy hálózatot milyen paraméterekkel jellemzünk.

Szolgáltatások Hordozó szolg (bearer service): hálózatban nincs végberendezés, nincs alkalmazás, átlátszó átvitel PL.: 64 kb/sec -es átlátszó átvitel - nem törődünk azzal, hogy mi a végberendezés - fax, vagy PC. Távszolgáltatás (teleservice) Pont az előbbi "ellentettje": van alkalmazás, van végberendezés, Pl. távbeszélő szolgáltatás

Összekapcsolás módja Hálózatokat egyenrangúan, és hierarchikusan lehet összekapcsolni, illetve elképzelhető olyan összekapcsolás is, melyben mindkét elv előfordul Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Meg kell jegyezni, hogy itt mindenféleképpen vagy két távszolgáltatóról van szó, vagy két hordozó szolgáltatóról, vegyesen nem fordulhatnak elő.

Egyenrangú együttműködés szükséges , ha a két háló különbözik:  technológiában, példaképp  távbeszélő - mozgó távbeszélő hálózat összekapcsolása  Analóg távbeszélő - digitális távbeszélő összekapcsolása  Ha két nagy hálózat összeér.  Igazgatásban vagy üzemeltetésben  H1: Matáv, H2: Vivendi  Lehet Technológiai is és igazgatási is az eltérés a két háló közt.

51

Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Meg kell jegyezni, hogy hierarchikus esetben már H1 és H2 lehet vegyes is (egyik távszolgáltatást nyújt, másik hordozó szolgáltatást). A következő ábrában H1 hálózatok távszolgáltatók, H2 hordozó szolgáltatást nyújt.

Ha két hordozó szolgálatot kötünk össze hierarchikusan, ábránk a következő formát ölti:

Hierarchikus esetben a hálózatok közti különbség:  technológiai (mindenképpen indololt)  esetleg még üzemeltetési is lehet. Például egy hierarchikus felépítést ábrázol a következő ábra:

Elfajult esetben H1 elfogyhat teljesen egy Illesztő egységgé (Adapter Unit):

ZH kérdések Az eddig említettek szoktak lenni vizsgán, zh-n! Hierarchikus példa: távbesz. digitalizálása kezdetben digitális szigeteket kötöttek össze IPv4 -ről áttérés IPv6- ra kezdetben IPv6 szigetek - SzH terminológia: tunneling - alagutazás

52

3.2 Hálózatok elemei Bevezetés Az OSI modell több rétegében elvégezhető az elemzés:  fizikai rétegben, az elemzés elemei: aknák, csövek, alagutak  adatkapcsolati rétegben, elemei: multiplexer, egy csomópont  hálózati rétegben: (távközlésben forgalmi hálózatnak hívják, vagy logikai hálózatnak) Egy képpel illusztrálható, miként különbözik a fizikai réteg beli topológia a hálózati réteg beli topológiától. A továbbiakban a hálózati réteg szerint elemzünk

Hálózati réteg elemei    



csomópontok (lásd később) be / kimenetek útszakaszok - út, szakasz, link  egyirányú - szimplex  kétirányú - duplex hálózati végződés: Network termination unit, Internetworking unit, adapter unit, mely lehet  végberendezés  együttműködtető egység  illesztő egység (elfajult eset; modem)  hálózati csatlakozó pontok csomópont - node  határcsomópont - interfészeken keresztül csatlakozik hozzá végberendezés (edge node)



belső csomópont (core node)

Csomópontok feladatai    

jeltárolás, jeltörlés (eldobja a csomagot), jelátalakítás tovább küldheti a jelet egy kimeneti útra: egyesadású cs.pont több kimeneti útra küldi ki: többesadású cs.pont (multicast) összes kimenetre kiküldi: szórtadásos cs.pont (broadcast)

53

Hálózati réteg feladata  forgalomirányítás (csomópontok útvonalat tudnak választani)  útválasztás (az egész hálózatra értendő) routing  torlódásszabályozás  a hálózati réteg lehet összeköttetéses vagy összeköttetés nélkül  OSI-ban minden réteg lehet ök-es, vagy ök nélküli  ök mentes: IP  ök-es:  távbeszélő - valós áramkör.  ATM - látszólagos áramkör  MPLS dinamikus útvonal A forgalom dönti el, hogy hogyan érdemes kezelni, modellezni a torlódást. 3.3 Hálózatok osztályozása A hálózati réteg felépítése szerinti táblázat: Elektronikus hírközlő hálózatok Müsorszóró hálózatok Információ közlő hálózatok nincs domináns forgalom irányítás, szórt adásos van forgalomirányítás csomópontok Műsor szóró Műsor elosztó Távközlő hálózatok Számítógép Hálózatok Műsor Áramkörös torlódás Áramkör mentes hálózatok hálózatok szétosztó szab, áramkör alapú torlódás szab. hálózatok hálózattal biztosítják a UDP - nincs áramkör Van stúdió, torlódás szabályozást TCP/IP - sebesség eljuttatjuk a jelet szabályozás, ismétlés is a többi adóhoz, lehet, csak a vagy több végberendezések közt. kábelfejhez.

mobil IP

QoS IP dinamikus útvonal alapú útvonal alapú vagy CAC

Klasszikus IP

Szélessávú TH

Keskenysávú TH

Interaktív KábelTV itt másodladgos forgalom irányítás van

Kábel TV

Digitális

Analóg

Digitális

Analóg

54

Példák Lássunk egy példát, mely két előfizető közti egyenrangú együttműködésre, hierarchikus együttműködésre ad példát. Az egyik szolgáltató legyen a Matáv, a másik a Vivend. Tegyük fel, hogy modemmel szeretnénk összekapcsolódni egy másik felhasználóval, aki azonban a vivendi előfizetői közé tartozik. Ekkor az ábrán látható módon egy PDH hálózaton keresztül csatlaozunk a Matáv PDH hálózatához, mely aztán egy SDH hálózaton viszi át az adatot. Tehát egy hierarchikus együttműködés valósul meg, az SDH hálózat hordozó szolgálatot nyújt a PDH-nak. Ezután a Matáv PDH hálózata össze van kapcsolva az E23 együttműködtető egységen keresztül a Vivendi hálózatával.

Ennek a felépítésnek a réteges modellje a következő ábrán tekinthető át:

3.4 Hálózatok funkcionális modelje Bevezetés OSI -szerű modellt szeretnénk alkotni. A rétegek 3 megközelítésben tárgyalhatóak:  Háló részei közti funkció, azaz mely hálózati csomópontok között biztosít összeköttetést  Az adatcsere egysége szerint  Ellátott funkciók szerint

55

Rétegek a hálózat részei közt Lenntről felfele tárgyaljuk, tehát az 1. réteg a Fizikai réteg. 1-2. réteg Közvetlen szomszédok közt írja le a működést.  Hálózati végződés és a határcsomópont közt  Illesztőegység és végberendezés közt 3. réteg : A hálózati határcsomópontok közt biztosít összeköttetést 4. réteg: A hálózati végződések (végberendezések, vagy hordozó hálózat esetén illesztőegységek) közt létesít kapcsolatot Rétegek leírása az adatcsere egysége szerint:    

réteg: bit réteg: keret réteg: keret -7. réteg: csomag

kapcsolt rörzshálózat

szállító törzshálózat

hozzáférői hálózat

Rétegek leírása funkciók szerint Egy táblázatban foglalható össze, mely hálózati réteg mely funkciókat látja el. A bal oldalon az OSI modell rétegei láthatóak, majd a következő oszlop az adott rétegben ellátott funkciókat sorolja fel. A harmadik oszlop az Internetet hozza példának, a negyedik oszlop az információ közlő hálózatokat. Az utolsó oszlop megadja, mely (al)hálózat tartalmazza az adott rétegeket Részhálózat OSI modell Réteg funkciók Internet- hibrid TH modell rétegterjedelme modell (Információ közlő h.) 7. Alkalmazási réteg távszolgáltatás 5. Alkalmazási réteg 5. Alkalmazási 6. Megjelenítési réteg forráskódolás réteg titkosítás 5. Viszony réteg iránykezelés szinkronozás 4. Szállítási réteg 4. Illesztési réteg 4. Szállítási réteg forgalom szabályozás nyalábolásbontás 3. Hálózati réteg forgalom irányítás torlódásvédelem 3. Kapcsolási réteg 3. Hálózati réteg 2. átviteli réteg 2. hálózati elérési 2. Adatkapcsolati közeg megosztás réteg forgalom szabályozás hibakezelés 1. Fizikai réteg Adóvivő jelátvitel 1. fizikai réteg 1. fizikai réteg A TH modellnél az illesztési réteg szinte csak az ATM technológiában van jelen. A táblázatot balról jobbra alakítottuk ki, azaz alapul vettük az OSI modellt, megnéztük milyen funciókat definiál az egyes rétegekhez, majd fogtuk az alanyt, és megnéztük, mely rétegében mik találhatóak. Az utolsó oszlop három részre bomlik. A kapcsolt törzshálózatra példa a PDH, melynek sebessége ugyan kisebb, de a kapcsolási réteget is magában foglalja (hiszen a PDH az első szinten kapcsolási funkciókat is elláthat). A hozzáférői hálózat minden réteget magában foglal, a leglassabb, de ugyanakkor legmegbízhatóbb egység. Látható, hogy az átviteli réteg felnyúlik az OSI szerinti harmadik rétegbe. Ez abból következik, hogy szállító törzshálózatként például véve egy SDH hálózatot, a hálózatmanager képes a DXC -ket vezérelni. Ez nem hívásszinten történik, de valamiféle útvonalválasztásnak felfogható.

56

Hierarchikusan együttműködő hálózatok funkcionális modellje

57

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények Lássuk, miként történik a vizsgálat. Egy jelet beengedünk az információközlő hálózatba, majd a vett jel paraméterit vizsgáljuk. A hálózatban jellemző háttérforgalom hatását is vizsgálni kell, hiszen a minőségi követelményeknek meg kell felelni nagy háttérforgalom esetén is

Beléptetek egy újabb forgalmat. Kérdések: Q változik -e (sérül) az eddig meglévő forgalom minősége? Q Az újabb forgelomra tudok -e előírt minőséget biztosítani? Jelforrás jellemzők Jelek, információk típusa. Analóg Digitális (pár) beszéd digitalizált beszédjel FDM audio + video nyalábolt műsorjelek adat adat tömbök CATV LAN összeköttetés zene csatorna TDM másodlagos adatátvitel TDM + FDM digitális jel analóg csatornán CDM tápáram jelzés (signalling) távtáplálás egyenáramú jel Eddig áttekintettük a hálózat alapproblémáját Eddig áttekintettük az információ fajtákat Most a beszédátvitel követelményeiről lesz szó, mind az analóg, mind a digitális beszéd esetében. A beszédjel átviteli követelményei Alapvető cél Az alapvető követelmény, amit a beszédátvitellel szemben támasztunk, az nem más, mint hogy a beszéd érthetőség értéke 95-97% környékén legyen. Ez a legfontosabb cél. Ez igencsak szubjektív jellemző, és a szubjetív jellemzők mérése nehéz. Egy mérés, ha szubjektív mérést végzünk, azaz kísérleteket végzünk emberekkel, ki mennyire hallja a mérendő mondatot, majd a sok ember véleményéből átlagolunk. Ehhez a mérést végző embereket be kell tanítani, milyen szempontok alapján osztályozzák a hallott mondatot. A beszéd érthetőség mérésének egy másik problémája, hogy értéke 95-97% környékére kell essék, azaz igencsak mérhetetlen értéktartományba esik. Éppen ezért a szótag érthetőséget vizsgálják. A szótagérthetőség paraméterének 60% os szintjét már könnyebb mérni. A mérést ismét lehet végezni szubjektív módon, de digitális beszédfeldolgozó rendszerekkel is. Hogy a paraméter mérésének bonyolyltságát átlássuk, tekintsünk egy mobil távközlő hálózatot, melyben a végberendezés mozog. Itt, hogy a hálózat tudjon egy mindőséget garantálni, mozgó mérőberendezésekkel kell járni a kérdéses területeket. Nyilván, amint a mérőállomás egy kevésbé jól lefedett helyre ér, a kisebb térerő miatt elhalkulhat a vétel. Ezt nevezzük selective fielding -nek.

58

Sávszélességi megfontolások A sávszélesség már objektív jellemző, viszont szubjektíve határozták meg. A jól ismert 0,3 - 3,4 kHz- es sávszélesség elegendő az érthető beszéd átviteléhez. Csillapítás Mi is az a csillapítás, hogyan magyarázható? Tudni illik, hogy a hangforrásból egy gömb felszínén oszlik el az energia, amint nő a gömb, egyre nagyobb felszínen fog eloszlani ez az energia. Tehát a távolság négyzetével csökken a hangteljesítmény. Ez természetesen a levegő közegében történik így. Tehát, minél távoltabb megyünk, annál halkabban halljuk a forrás jeleit. Természetesen egy távközlő rendszernek is van csillapítása, eznnek 3 oka van:  Egy távközlő rendszer azt modellezi, ahogy kommunikálunk, így mint a fennt említett valós kommunikáció során, itt is le kell modellezni a csillapítást.  Nagyon nehéz lenne egy rendszert úgy megcsináli, hogy ne csillapítson.  2-4 huzalos átalakítás miatt, erről később lesz szó. A csillapítás értéke 30..40 dB környékén lehet. Csillapítás ingadozás Csillapítás ingadozás alatt a csillapítás ingadozását a frekvencia függvényében értjük. Ennek értékére a CCITT egy lépcsős specifikációt dolgozott ki. A sávközépen (1020 Hz -es frekvenciatartomány) értéke 2 dB, a sávszéleken (0,3 és 3.4 kHz) pedig 15 dB. A csillapítás ingadozás jele A

Jel/zaj viszony Ezen paraméter értelmezése további megfontolásokat igényel. A zavaró jel típusától függően két értéket specifikáltak: Érthető zaj esetén: 10-20 dB Érthető zaj keletkezhet Áthallás miatt Visszhang miatt (inkább mobil beszédhálózatban, vezetékesnél csak nagy távolságok esetén) Érthetetlen zaj esetén Késleltetés A késleltetés egy oda-vissza út alatt érzékelhető, értékét viszont egy irányban specifikálták. Két szituációt különböztetünk meg:  Ha van visszhangkezelés, értéke max 250 msec. A visszhang kezelés módjáról később lesz szó, elöljáróban annyit említünk, hogy két lehetőség közül választhatunk:  visszhang törlés  visszhang zár Visszhang zár esetében az a gond, hogy ez a megoldás zavarja a másodlagos átvitelt. Ezért ezt pl. egy modemes kommunikációban kiiktatják (kompenzálják) egy automatikus csatorna korrektorral.  Ha nincs visszhangkezelés, ekkor értéke max 12,5 msec Példaképpen említjük meg, hogy a GSM beszédkodek késleltetése 20 msec, így itt elengedhetetlen a visszhang kezelés megoldása.

59

Késleltetés ingadozás Az ingadozást lehet mérni frekvencia szerint, és lehet mérni időben is.  Amennyiben a frekvencia függvényében vizsgáljuk az ingadozást, a következő paraméterek kellenek az érthető beszédátvitelhez:  sávközépen  30dB  sávszélen  60dB Egy érdekes effektust lehet itt megemlíteni, miszerint, ha egy nagy frekvenciájú jel késleltetése sokkal kisebb, mint egy kis frekvenciájú jelé, extrém esetben elképzelhető lenne, hogy a magas jel, bár később keletkezett a forrásban, leelőzi az utána keletkezett mélyet.  Az idő függvényében vizsgálva ezt a paramétert, értéke  30dB Fázistolás Ez egy nemlineáris torzítás, (a lineáris torzítások függvénye átmegy az origón, és egyenes)

Ezen fázistolással szemben az érthető beszéd azt a követelményt támasztja, hogy lineáris legyen az adott frekvenciasávban. Itt kell megemlíteni, hogy a késleltetés paraméter a fáziskarakterisztika meredeksége. Az ábrán látható ábrán  0 értéke tetszőleges lehet. Ennek okai:  

Az emberi hangkeltés modellezhető úgy, mint egy hangforrás, melynek jelét a fogakkal, szájüreggel moduláljuk Az emberi fül egy burkoló demodulátor, és mint ilyen, a fázisra nem érzékeny.

Frekvencia eltolás Ezen paraméter vizsgálatát a spektrumban tehetjük meg

60

A frekvencia eltolás értéke megadja, mennyivel tolódik el a spektrum, természetesen mindkét irányban. Értéke 20 Hz, ha a hálózaton emberi beszédet viszünk át, viszont amennyiben másodlagos adatátvitelre is használjuk a csatornát, ésrtéke maximum 7 Hz lehet. Ezen paraméternek legnagyobb jelentősége FDM rendszerekben van, hiszen FDM esetén azt tesszük, hogy multiplexer oldalon eltoljuk a spektrumot, a vevő oldalon pedig visszatoljuk azt a helyére. Ha ez nem sikerül rendesen, ez a jellemző egyből megmutatja. A másodlagos adatátvitel érzékenyebb erre a paraméterre, hiszen a vevőoldalon a modemben a vevőt vissza kell állítani, és a bitszinkront is. Éppen ezért a távbeszélő hálózatokat úgy telepítik, hogy a frekvenciaeltolás hibája max 7 Hz legyen. Multiplikatív frekvencia hiba Megnyúlik a spektrum - leginkább ezzel az egyszerű mondattal lehetne ezt jellemezni.

Az ábra ismét az adó és vevőoldali jel spektrumait ábrázolja. A gyakorlatban ez a jelenség nem más, mint a nyávogó magnó esete. Értékét az ábrán látható módon úgy határozzák meg, hogy az adóoldali és a vevőoldali frekvenciasávok egymáshoz képesti arányát adják meg. Nemlineáris torzítás Nemlineáris esetben a feszültség be-/kimeneti karakterisztikája nem lineáris. Meg kell jegyezni, hogy a lineáris torzításhoz az nem elég, hogy ez a karakterisztika egyenes legyen, még az is kell, hogy átmenjen az origón.

Ennek a torzításnak a magyarázata azon alapszik, hogy minden erősítőeszköz telítésbe megy. Így nem az egyenes az átviteli karakterisztikája, hanem a kivezérlési tartomány széle fele kiegyenesedik.

61

Amenyiben egy erősítőeszközt csak kis mértékben vezérlek ki, a lineáris szakaszon maradok (munkapont körül dolgozok), így értékét egy adott bemeneti feszültség ( U be ), és kimeneti teljesítmény ( Pki ) mellett kell tekinteni.

A nemlineáris torzítás egyik lehetséges mérése, mértéke a Krill-faktor. Mivel a kimeneten a szinusz belapul, bontsuk fel a jelet fourier analízissel, majd tekinsük a magasabb harmónikusok teljesítményét, osszuk el az alapharmonikusok teljesítményével. 10W -nál adják meg a Krill faktort. HiFi berendezéseknél ezért kell nagy teljesítményű eszközt vásárolni, ha jó minőségű visszajátszásra van igényünk. Ugyanis egy 100W -os eszközt 10W -ra kivezérelve alacsony torzítást produkál. A távközlésben értéke 30%. Ennek okai:  Szénmikrofonnal alakítják át a angot elektromos jellé. A szénmikrofon a legelső erősítő, mely elektromechanikus elven működik, hiszen átfolyik rajta egy egyentápáram, és amikor beszélünk, lead egy váltóáramú teljesítményt. A leadott teljesítmény nagyobb, mint a hang energiája, és hogy minél nagyobb legyen, túlvezérlik az eszközt. Normál hangerőnél 1mW a váltóáramú teljesítmény. Légvezetéken így 1000 km hidalható át. ZH kérdések A zárthelyin nem kell az összes követelményt tudni, nagyjából a következő típusú kérdéssel találhatjuk magunkat szemben:



Soroljon fel 9 paramétert, a beszédjel átviteli követelményei közül, ezek közül specifikáljon 4-et!

Az analóg beszédátvitel forgalmi jellemzése Bevezetés Ezen témakörrel már találkozhattunk a Tömegkiszolgálás c. tárgy keretein belül. A vizsgálat körülményeire vonatkozólag két követelményt említünk meg:  Sok felhasználót tekintünk (törzshálózatot méretezünk), 5

pl. 10 felhasználóhoz mekkora kapcsolómátrix kell.  A forgalmas órát tekintjük Az egész vizsgálat egy születési/halálozási folyamatnak tekinthető, Lássuk ezen két vizsgálati körülménynek a magyarázatát

62

Forgalmas óra

Az árán egy nap forgalma látható. Természetesen a görbe kezdőpontja és végpontja egyazon magasságban helyezkedik el, hiszen mindkettő azonos időpontot ábrázol. Vizsgálataink során mindenféleképpen egy hétköznapot kell tekintenünk, és kell hogy legyenek a mérési körzetben munkahelyek. Mint említésre került, az egész modell egy születési/halálozási folyamatként fogható fel. A görbén látható módon a születések és a halálozások száma két helyen egyezik, a minimális forgalmú órában, és a forgalmas órában. A forgalmas órában tehát stacionárius a folyamat. Szerencse, hogy pont erre az időszakra kell terveznünk. Stacionárius esetben a Poisson eloszlással lehet modellezni a folyamatot. Ezután a hálózatot a forgalmas órában fellépő kapacitásigényre méretezzük, hiszen pl. forgalom intenzitás olyan mértékű, hogy elég alábbi formát öltheti:

105 felhasználó esetén a forgalmas órában a

103 vonal ezek lebonyolítására, akkor híváskoncentrátorunk az

Nagyszámú felhasználó Tehát meghatároztuk, mivel lehet majd modellezni a felhasználók viselkedését. Lássuk, miért fontos, hogy nagyszámú felhasználót vizsgáljunk:

Az ábrán 2 görbecsoport található. Az alsó görbék kis számú felhasználó esetén készültek, a felső görbesereg nagyobb populációra vonatkozik.

63

Az előző oldali ábrából látható, hogy minél nagyobb számú felhasználó viselkedését vizsgáljuk, annál kisebb a tényleges működés eltérése az átlag működéshez képest. Más szavakkal: minél több felhasználót vizsgálunk, annál kisebb lesz az átlagtól való eltérés. Mint említettük, sok felhasználó esetén a stacionárius állapotban a Poisson eloszlással számolhatunk. Hívás gyakoriság Megadja, hogy egy adott idő alatt hány hívás érkezik. Jele értéke



 , mértékegysége

1 . Példánkban a paraméter óra

3 óra

Átlagos tartásidő A paraméter értéke megadja, átlagosan mennyi ideig tart egy hívás. Ezt exponenciális eloszlással lehet modellezni, de ennek modellezése nem lényeges, hiszen úgyis egy átlagos értéket tekintünk. A paraméter jele h, mértékegysége óra, perc, vagy valamilyen idő jellegű mértékegység. Példánkban értéke: h  3 perc Forgalomintenzitás Jele A, származtatható az előző két mennyiségből:

A    h  3

1 1  3 perc  0,05  3 perc  0,15 Erl A képletből láthatóan mértékegysége Erl, azaz perc óra

Erlang, Erlang tiszteletére. Egyébként dimenzió nélküli mérték, olyan, mint a szögeknél a fok. A képlet számunkra azt jelenti, hogy a rendszer az idő 15%-ában foglalt. Tervezés Ismerjük a felhasználók számát, a forgalomintenzitást, és egy Bn  0,001 hívásblokkolás valószínűséget. Kérdés: mekkora legyen a kapcsoló mátrix. Válasz: Erlang - Formula (Tömegkiszolgálás) Digitalizált beszédátvitel Bevezetés Az emberi beszéd digitalizálásával két tárgy foglalkozik: Információelmélet Beszédinformációs rendszerek Mindkettő érinti a beszédtömörítés, kódolás témakörét. Jelen vizsgálat szempontjából ezek nem lesznek lényegesek. Az itt ismertetésre kerülő részben a beszédkodekek használatát, szokásos paramétereit tekintjük át.

Az ábra alapján elmondhatjuk, hogy a beszédkodek csip egy négyhuzalos áramkör, így a használatához a kéthuzalos jelet át kell alakítanunk négy huzalossá. Az átvitel négyhuzalosan történik, mint azt pl. a PDH -nál meg is említettük (mindkét irányba leágaztatás, stb...). Vizsgálataink során végigtekintjük a különféle elveken alapuló kodekeket, sebességeiket.

64

A codec helye a hálózatban Először is meg kell vizsgálni, mely pontokra lehet elhelyezni a beszédkodeket. Két esetet különböztetünk meg Beszédkodek a helyi központban. A törzshálózat így négyhuzalos kialakítású, míg a hozzáférői hálózat kéthuzalos. Beszédkodek a végberendezésben. Ebben az esetben az egész rendszer négyhuzalos. Természetesen itt nem azt jelenti a négyhuzalos kifejezés, hogy fizikailag 4 huzal van kihúzva. Általában az előfizetőhöz csak egy vezetékpár megy, és valamilyen trükkel oldják meg a problémát. A trükk később, a 2-4 huzalos átalakításnál ismertetésre fog kerülni. Hullámforma kódoló

Tehát a sávhatároló szűrő után megjelenik a sávhatárolt analóg jel, mely a mintavevő bemenetét képezi. A mintavevőről egy mintavett, de még mindíg analóg jel a kimenet. Ezek után a kvantáló következik, mely a mintavett analóg jelből mintavett, kvantált analóg jelet állít elő. Ezután jön a kódoló, melynek kimenetén megjelenik a digitális jel. A kvantálóból két típust különböztetünk meg, melyeket A és  törvényűnek nevez az irodalom az A törvényű Európában, mig a  törvényű Amerikában terjedt el. Hogy a digitális jel mekkora bitsebességet igényel, könnyen meghatározhatjuk a következő paraméterekből: mintavételi frekvencia: 8 kHz kvantáláshoz használt bitek száma: 8 A sebesség a kettő szorzataként adódik 64 kbit/sec -ra Hullámforma kódoló például a PCM, és az ADPCM (Adaptive Delta Pulse Code Modulation), mely a kvantálási lépcsők méretét az előző minták alapján változtatja. Az ADPCM 32 kbit/sec -on képes továbbítani emberi beszédet, és ha belegondolunk, ezzel elvileg meg lehetne kettőzni a gerinchálózat kapacitását, hiszen egy 64 kbit/sec -es csatornába két hangcstornát tudnánk belemultiplexálni. Vokóderek Ezeket az információelmélet c. tárgyban szintetizált beszédtömörítőnek hívtuk. Jellemzőjük, hogy igen kis sebességet használnak, viszont ennek ára a rossz minőség. Példaképpen pár típus:  LPC-10 Ez a technológia 2,4 kbit/sec -on képes a beszédátvitelre (LPC = Linear Predictive Coding)  Formáns beszédkódolók Hibrid kódolók  CLEP: Code Excited Linear Prediction  RPE: Regular Pulse Excition  VSLEP: Vector-sum Excited Linear Prediction Ezen technológiák részleteibe nem megyünk bele, csak fekete dobozként kezeljük őket. Beszédkodek jellemzése TH szempontokból

Bitsebesség A beszédkodekek sebességigénye 2,4 ... 64 kbit/sec -ig terjed. A gyakorlatban jellemző, hogy minél kisebb a kodek sebessége, annál nagyobb lesz a késleltetése.

65

Szubjektív beszédminőség Ennek angol elnevezése MOS (Mean Opinion Score, átlagolt értékelő pontok). A mérés a következőképpen fest. Leültetnek sok embert, és osztályozniuk kell a hallott hanganyagot, melyet keresztülkergettek a kodeken. Mindenki ad egy osztályzatot a hallot hanganyag minőségére (előre betanítják az osztályzókat, hogy milyen paramétereket figyeljenek), majd az osztályzatok átlagát veszik. A mérés ponthatárai 1 (bad) ... 5 (excellent) -ig terjednek. Néhány figyelendő szempont:  hangzásminőség  beszéd érthetőség Lássuk egy diagramon, miként alakul az eddig megismert kodekek MOS értéke:

Késleltetés  

PCM esetén 0,125 msec, mely a PCM keretezési időkből adódik egészen 80 msec ig is elmehet

Érzékenység bithibára Ha egy bit elromlik, ez mennyire észrevehető a vevő oldalon. Ezen paraméter jele BER, (Bit Error Rate). Lássuk, milyen értékeket szab meg néhány kodekre: PCM -kodekre 

 104 , ez a következő megszorításokat jelenti:  

fémvezetékkel minden további nélkül megvalósítható Optikai kábellel is alulmarad a hibaarány a meghatározottnak



Rádiós átvitellel viszon gondokba ütközünk, hiszen ezen átviteli közeg hibaaránya nagyjából 10 , ami egy nagyságrenddel kisebb a megkívántnál (Ezt vettük az SDH technológiai hátterénél is). A megoldást a következő alternatívák egyike jelentheti:  Hibajavító kódolás alkalmazása (erről bővebben a kódelmélet c. tárgyból tudhatunk meg). A kódelméletben hibajavító kódolásnak hívják, a Számítógép Hálózatok c. tárgyban pedig FEC -nek (Forward Error Correction). Érdekes itt egy megjegyzést tenni. A számítógép hálózatokban általában ARQ -t alkamaznak, és nem FEC -et. A FEC -et olyan helyeken alkalmazzák, ahol fontos az adat Real Time -sága. Ugyanakkor hozható példa a számítógép -hálózatos világból is FEC alkalmazására. Példaképp itt van a multicast. FEC -et alkalmaznak, mert egy hibás csomag esetén ha mindenki visszaküldene egy Repeat Requestet, szétbombázná a rendszert.

3

66

Bonyolultság - komplexitás Ezen paraméter a rendszer sok tényezőjével mérhető. Ezek küzöl felsorolunk párat, mindegyik valamilyen formában a kodek bonyolultságát jellemzi:  MIPS (Million Instructions Per Second)  Az eszköz memória-kapacitás igénye  Codec chip fizikai mérete  A chip ára  Teljesítmény fogyasztás  Ez a paraméter csökkenthető, ha ravasz módon csak akkor tartjuk bekapcsolva a kodeket, amikor szükség van rá. Ehhez szükségünk van egy eszközre, melynek neve beszéddetektor:  A beszéddetektor feladata, hogy megkülönböztesse a beszédet a zajtól. Egy ilyen eszköz alkalmazása növeli a kodek komplexitását, viszont csökkenti a teljesítményfelvételét. Angol neve VAD (Voice Activity Detector)

Kvantálási zaj Ez a valóságban nem egy zaj, hanem egy torzítás, mivel nem függ a jeltől. A zaj elnevezés onnan fakad, hogy célszerű ezt a torzítást zajjal modellezni. A modellezés a következőképpen fest: Adott az analóg hagforrás, tökéletesen kódolom PCM -el, a csatornán hozzáadódik zaj, ami miatt bithiba keletkezik, és a vevőoldalon visszakódolom analóg jellé az így kapott "zajos" PCM jelet.  Miért kvantálunk 8 bitre?  Amikor megalkották a PCM kodeket, úgy akakították ki, hogy többször ide-oda lehessen kódolni (ezt nevezik tandemezésnek, egyszeri tandemezés egy bekódolást jelent)

Többszöri tandemezés paramétere Ez leginkább a régi idők problémája, melynek oka az, hogy a PCM -eket először digitális szigetekként vezették be. A példaábra illusztrálja, mi a tandemezés:

A PCM -et úgy tervezték meg, hogy összesen 13 -szor lehessen tandemeztetni vele a jelet. Hogy az előző pontban feltett kérdésre válaszoljunk, ezért választották a kvantálást 8 bitesre. Meg kell említeni, hogy többféle PCM kodek is létezik. Példaképp álljon itt az Amerikában használatos:  USA PCM Itt nincs külön jelzéscsatorna, az első PDH hierarchia szinten, így a csatornák bitjeiből lopnak el egyet-egyet erre a célra. Számszerüsítsük a dolgokat! Az első öt keretet teljesen átviszik, 8 biten, ez 40 bitet jelent. A hatodik keretben egy bitet elcsennek, így ez 7 bit hasznos adatot jelent. Összesen 6 keretre jut 47 bit. Ezen két szám hányadosából jön, hogy az amerikai rendszer 

 

7

5 biten kvantál. Természetesen ezzel az amerikai 6

rendszer kevesebbszer tandemezhető, számszerint 12 -ször. 7 bites PCM Ezt a megoldást elkészíthetjük 8 bites PCM chipekből. A trükk annyi, hogy az LSB bitet nem használjuk, nem visszük át. Ez a megoldás 10 szeres tandemezhetőséget biztosít számunkra. Alkalmazzák a globális űrtávközlésben, hiszen ott nem kell olyan sokszor tandemezni , mivel nagy területet fog le egy műhold, viszont az átvitel nagyon drága. Érthető, hogy az 1 bitet a legkézenfekvőbb módon megdpóroljuk. Ekkor sebességre 8kHz  7 bit  56 kbit/sec adódik. 4 bites ADPCM 4 biten végzi el a kódolást, így az átviteli sebesség 32 kbit/sec -re adódik. Ezzel a technológiával 11 szeri tandemezés lehetséges. 3,5 bites ADPCM Ez a megoldás is a globális űrtávközlésben kerül alkalmazásra, tandemezhetőség szempontjából egy 7-es számmal jellemezhető.

Átkódolási probléma

67

Meg kell említeni az átkódolás problémáját, melyet szintén a kvantálási zajjal lehet jellemezni. Példaképp vizsgáljunk meg egy szituációt, melyben egy európai GSM hálózatból beszélgetünk egy Amerikában élő személlyel:

Szerencsére az ábrán látható átviteli lánc jó minőségű, így az egész konvoly minőségét a legroszabb minőségű kodek, a GSM kodek determinálja.

Átlátszóság - transzparencia A probléma, hogy a beszédkodeket alapvetőleg beszédátvitelre optimalizálták, viszont van, amikor másodlagos adatátvitel történik, például modem segítségével:

Ebből a szempontból vizsgálva a kodekeket, az alábbi következtetésekre juthatunk:  PCM, ADPCM, hullámforma kódolók Igaz, hogy ezeket beszédre optimalizálták, másodlagos adatátvitelre viszonylag jól használhatók, a hullámforma kódolókkal nincs baj a vizsgált szempontból.  Vokóderek Teljesen alkalmatlanok, nem transzparensek  Hibrid kodekek Sizntén nem alkalmasak másodlagos átvitelre, ezek sem transzparensek. Említést kell tenni ezen a helyen a GSM kodekről, mely köztudottan a végberendezésben található. Annyit érdemes erről tudni, hogy adatátvitel esetén kikerüljük a kodeket, így lehetséges adatot átvinni ezen hálózaton.

Választható bitsebesség Ha változtatható bitsebességű kódolást alkalmazunk, adaptívvá válik a jelforrás. Ez az adaptivitás a következőkben nyilvánul meg:  foglalt hálózat esetén kompromisszum születik: átvisszük a jelet, csak gyengébb minőségben (kisebb bitsebességigényű kódolást alkalmazunk) Ebben az esetben a hálózatot és a jelforrást együtt kell optimalizálni. A hálózattervezés lényegesen megnehezül, hiszen a hálózat foglaltsága kihatással van a felhasználóra. Innen kezdve az Erlang formula nem használható a felhasználók modellezésére.

68

Beszédkódoló ajánlások Rengeteg ajánlás született, 1972 - 98 -ig több, mint 21 féle, ezek közöl néhányat tekintünk át: Ajánlás

Év

Típus, elv

ITU-G.711

1972

PCM

bitsebesség [kbit/sec] 64

ITU-G.721 ITU-G.728 GSM-FR GSM-EFR ITU-G.729 US-Government

1984 1992 1989 1995 1995 1977

ADPCM LD-CELP LTP-RPE ACELP CSACELP LPC-10

32 16 13 13 8 2,4

MOS 4,3 4,0 4,0 3,7 4,0 4,0 2,2

késleltetés [msec] 0,125 (keretezésből adódik) 0,125 0,625 20 20 15 22,5

bonyolultság [MIPS] 0,34 14 33 2,5 15 20 ?

A táblázatból lássuk, mi az, ami kiolvasható. Elsőre szembetűnik, hogy nem időrendi a felsorolás, hanem logikai alapon van felépítve. Lássuk a gondolatmenetet, melynek mentén felépíthető: Az első két sor triviálisan adódik. Az 1972 -es őskövület, a PCM. Itt gyakorlatilag egy mintavételi tételt alkalmaztak, így adódott a bitsebessége. Ennek a legjobb a beszédminősége, igen alacsony számításigénnyel rendelkezik (Akkoriban még számított a bonyolultság). Késleltetése igen csekély, és ez a késleltetés is a keretezésből adódik. A következő bejegyzés az ADPCM, melynek jelentése (Adaptive Differential PCM, Adaptív különbségi kódolás). Erre azért volt szükség, mert meg szerették volna duplázni a törzshálózaton folytatható beszélgetések számát. Ez a kódolás már kihasználja az emberi beszéd mintái közt lévő rövid és hosszútávú korrelációt. Minősége még ennek is jó, viszont bonyolultsága radikálisan nőtt. Elérkeztünk gondolatmenetünkben az ITU-G.728 -hoz, melynél az LD-CELP (Low Delay CELP) -et látjuk a típus oszlopban. Ez már az előzőekkel szemben nem hullámforma, hanem egy hibrid kódoló. Emlékezzünk a grafikonra. Sebessége lemegy 16 kbit/sec -ra, és továbbra is 4,0 -ás MOS-t nyújt. A késleltetés megnő, és a bonyolultság is (fizetni kell a bitsebesség csökkenésért) A következő sor egy GSM-FR (Full Rate) ajánlást mutat be. Ez GSM, és nem ITU! Lássuk, miért van ez. Láthatjuk, a sebesség 13 kbit/sec, a MOS érték pedig leromlott 3,7 -re. A késleltetés felment 20 msec -re. Az alkalmazott technológia LTP-RPE (Long Term Predictive Regular Path Excitation). Azért esett a választás erre a technológiára, mert viszontlag alacsony a MIPS értéke (2,5). Mivel a kodek a végberendezésben van, ez a szempont domináns volt akkoriban. Talán nevezhetjük elkapkodottnak ezt az ajánlást, hiszen nem véletlen, hogy nem adta az ITU a nevét. Ilyen sebességhez jobb minőségű kódoló is készíthető. Ez egy európai kezdeményezés, és az volt a fontos, hogy üzembe helyezzék a GSM hálózatot minél hamarabb (hasonlat: Churchill és a radarok magnetron fejek: legjobb megoldás nincs, a második legjobbat nem tudom kivárni, a harmadik legjobb megoldás kell, az, ami most kész van). A késleltetésre kitérve, itt már a kodek késleltetésének értéke nagyobb a kritikus 12,5 msec- nál, így ezekben az eszközökben a visszhangkezelést meg kell oldani. Az évek múlnak, elérkeztünk a GSM -EFR (Enhanced Full Rate) ajánláshoz. 89 -től 95 -ig fejlődött annyit a mikrotechnológia, hogy megengedhették maguknak a nagyobb számításigényű kodek használatát. Így a 13 kbit/sec -on elértéka 4,0 -ás MOS értéket. A késleltetés maradt 20 msec. Az alkalmazott technológia ACELP (Adaptive CELP) névre hallgat. Figyeljük meg, hogy az ITU még ehhez sem adta nevét, ez is ETSI szabvány, mint az előző. Elérkeztünk az utolsó előtti bejegyzéshez, mely ajánlás már az ITU nevéhez fűződik. Egyértelműen látszik, hogy szinte minden paraméterben veri a felette állót. A 20 -as MIPS érték nem visszariasztó, hiszen ha ekkoriban már 15 -öt tudtak csinálni, a 20 nem lehetett olyan orbitális kihívás. A technológia CSACELP (Conjugate Structure Algebraic CELP). Az utolsó bejegyzés egy érdekesség, mely azt szemlélteti, hogy a kellő helyen (US government) már 77-ben egy 2,4 kbit/sec -re leszorított sebességigényű kodek is létezett. Tehát beszéd átvihető ekkora sebességen is, természetesen az árakat itt is meg kell fizetni. Sajnos, a MIPS értékre vonatkozólag nincs adat. Vizsga kérdések Három féle kérdés lehetséges ebből az anyagrészből  Analóg beszédjelet milyen követelmények szerint viszünk át?  Milyen követelményeket támasztunk egy beszédkódolóval szemben?  Beszédkódoló ajánlások táblázata

69

Követelmények digitális csomagkapcsolt hálózatokban Jelforrások jellemzése Jelet típusuk folytán börsztösek, csomósak.  videofon 64 kbit/sec...2Mbit/sec akkor biztosítanak jó képet, ha az illető nem mozog, a képen nincsenek nagy változások.  videokonferencia: 5Mbit/sec  Digitális TV: 20...50 Mbit/sec  Mpeg1: 1,5Mbit/sec  Mpeg2: 10Mbit/sec A jellemzés több szinen is lehetséges, négy szintet említünk, a hívás, a löket, a csomag, és a bit szinteket.  A jelforrás jellemzése hívás szinten akkor lehetséges, ha látszólagos áramkörfelépítés van a csomagkapcsolt hálózatan.  A löketeket a következő paraméterekkel jellemezzük

 

r

max



rmax , rátl ,



Néhány konkrét érték:  a burstiness értéke 1, például beszédjel esetén. Ezt a forgalom típust CBR -nek, Constant BitRate nek nevezik.  A burstiness értéke 200, például tömörített videójel esetén, a forgalomtípus elnevezése VBR (Variable BitRate) t max , a löket maximális hossza, értéke 0,25...300 sec -ig változat.

r

= burstiness, börsztösség, csomósodás mértéke. Tipikus értéke 1...200.

Sajnos aggregált forgalom (több forgalom egyben) esetén a csomósság nem tűnik el. A csomagokat a csomag hosszával jellemezzük A bitek szintjén is megtehetjük az elemzést, ekkor a paraméter a BR (BitRate)

Minőség jellemzése - QoS paraméterek Digitális jeleknél a minőséget a következőkkel jellemezhetjük:  Késleltetés, jele: T , PD (Packet Delay) -nek, nevezik. ATM esetén a CD, Cell Delay elnevezés használatos.  Késleltetés ingadozás, jele: T . PDV (Packet Delay Variation) a becses neve. Az eddig említett két jellemző egymásba átváltható tároló használatával. Tehát T csökkenését érhetjük el T növelése árán. A tárolód dejitter buffer -nek nevezik. Miután ez a két jellemző átváltható, a specifikáció során mindkettőt meg kell adni, hiszen ha csak az egyikre van érték specifikálva, a másik jellemző változtatásával tetszőlegesen beállíthatjuk.  Csomagvesztés arány - PLR (Packet Loss Ratio), csomagvesztés előfordulhat, ha pl. megtelik a tároló.  Téves csomagkézbesítési arány: PIR (Packet missInsertion Ratio), ez előfordulhat, ha a csomag fejléce megsérül.  Hibaarány: BER (Bit Error Rate) Forgalmi, szolgáltatási osztályok Információ típusa /paraméterek késleltetés érzékenység

beszéd

tömörített videó adat (tömörítés teszi börsztössé) érzékeny nem érzékeny Előfordulhat viszont, hogy minimális sebességigénye van. bitsebesség állandó változó A hálózat ezeket az információtípusokat különböző forgalmi osztályokba sorolja.

70

Forgalmi jellemzés adatjelnél Míg a látszólagos áramkörnél könnyű helyzetünk van, lehet börszt szinten jellemezni a forgalmat, csomag szinten, és bit szinten is. Először tekintsünk egy példát, mely a TCP összeköttetések szintjén vizsgálódik. Emlékezzünk először a klasszikus távközlési példára, amely nagyobb felhasználószám esetén kevésbé volt ingadozó

A távközlés esete látható az ábra jobb oldalán, a bal oldalon a TCP összeköttetések vizsgálata. Látszik, hogy attól, hogy nagyobb számú összeköttetést vizsgálunk, nem lesz kisebb az átlag körüli ingadozás. A kérdés, hogy miért van ez így:

r1 , és r2 forgalmakkal jellemzett szerver oldali gép egyenlő mértékben osztozzon. A következőképpen nézne ez ki (A grafikon úgy értelmezendő, hogy az r1 által kapott forgalom az rmax és a vonal távolsága, az r2 forgalma pedig az abcissza és a vonal közti távolság):

Azt szeretnénk, hogy a lassú összeköttetésen a két,

71

A valóságban nem ez valósul meg, hanem a következő (A grafikonon már két vonal van, az egyik jelzéssel. Az

r1 , a másik r2

r1 forgalom egyenlő az rmax és az r1 vonal közti távolsággal, az r2 forgalom pedig az abcissza és az

r2 közti távolsággal):

Tehát a szerverek egy bizonyos sebesség alá nem mennek, de az fölött ingadoznak felváltva. Gondolhatnánk, hogy a rövidebb sorhossz megoldást jelent. Lássuk, mi történik, ha rövidebb sorhosszt alkalmazunk (a grafikon értelmezése az eddigiek alapján megoldható)

Tehát egy paramétert megváltoztattunk, és a rendszer igen érzékenyen reagált. Forgalom kaotikus viselkedésű. Ez azt jelenti, hogy a modell kis mértékű megváltozatása nagy változásokat idéz elő. A TCP terjeszti a kaotikus viselkedést. Ennek a problémakörnek a feltárása igen nagy vitatémát indított a nemzetközi fórumokon.

72

5. Fizikai réteg Bevezetés 5.1 2/4 huzalos átvitel 5.2 Digitális jel átvitele analóg csatornán 5.3 Hullámtani szemlélet 5.4 Vezetékes átvitel 5.5 Vezeték nélküli átvitel 5.6 Rádiós rendszerek a fizikai réteg szempontjából 5.1 2/4 huzalos átalakítás Amennyiben szimplex átvitelt szeretnénk megvalósítani, a következő megoldást kell alkalmaznunk:

Ez a felépítés működik, a mikrofonba belebeszélve a hangszórón hallható a hang. A duplex átvitelhez természetesen két ilyen elrendezést kell megvalósítanunk. Lássuk, mi a transzformátorok szerepe:  nagyfeszültség elleni védelem  impedancia illesztés, mert a vezetéknek, és az összes eszköznek hullám impedanciája van. Be kell állítanunk, hogy mindkét oldalon azonos impedanciát lássunk. Ez a transzformátorok menetszámával beállítható. Lássuk a jelölések magyarázatát:  Rm : leredukált mikrofon impedancia  

Rh : leredukált hangszóró impedancia z 0 : a vezeték impedanciája.

A visszhangmentes átvitelhez az impedanciákat a menetszámok változtatásával úgy kell beállítani, hogy a következő egyenlet teljesüljön: z 0  Rm  Rh 

zavarjel csökkentés Ha a vezetékben zavaró feszültség van, a két transzformátor miatt kioltódik. A kétirányú átvitelhez két ilyen szerkezet szükséges. Ez nagyon drága megoldás lenne, csak Franciaországban alkalmazták régebben. Helyette a következő megvalósításra van szükség:

Ezt nevezik villaáramkörnek. Gyakorlatilag az a feladata, hogy a két irányba menő forgalmat egyesítse, illetve a forgalmat irányok szerint szétválassza. Megvalósítható hibriddel. Lássuk az ideális hibrid működését:

73

Ez egy olyan négykapu, mely az egyik kapujára adott jelteljesítményt megfelezi a két szomszédos kapu között, a szemben levő kapura nem jut jel, ha a két szomszédos kaput azonos impedanciával zárjuk le. Minden kettő-négy huzalos átalakítás tehát a jelteljesítmény felének elvesztésével, azaz 3dB csillapítással jár. A valóságosan megvalósítható hibrid ezzel szemben 3,5dB -es csillapítást mutat. Amennyiben a hibrid két szomszédos oldalára erősítőpárokat kapcsolunk, azok impedanciája pontosan beállítható. Ezzel szemben, ha vezetékpár csatlakozik az egyik oldalra, a vele szemben levő oldalt nem tudjuk pontosan a vezetéknek megfelelő impedanciával lezárni, hiszen a vezeték impedanciája pl. a hőingadozás következtében is változik:

Ekkor a képen látható módon 3,5 dB a csillapítás, ugyanakkor szemközt is megjelenik a jel, ami (mint később látni fogjuk) a visszhangot fogja okozni.Lássunk ezután egy felépítést:

A hibrideket beszámoztam, hogy könnyebben lehessen érteni a magyarázatot. Az önhang értelem szerűen a pontozott vonal, míg a szaggatott vonal jelzi a két irányba, 3,5 dB -el eloszló jeleket. Itt említend ő meg, hogy az áthallás nagyjából 25 dB -es torzítással megy a szemközti kivezetésekre. A jelforrás, mikrofon irányából történő

74

utat jelöltük be. A mikrofonba belebeszélve az 1-es hibridre jut a jel. Az a két szomszédos kivezetésre engedi a jel felét-felét. A lezáráson disszipálódik a rá eső jel, míg a hasznos rész a 2-es hibridbe megy. Természetesen a lezárás nem lehet tökéletes, hiszen a vezeték impedanciája frekvencia, és hőmérsékletfüggő, így átszivárog a jel egy része a hangszóróra. Ez nem okoz különösebb bajt, hiszen halljuk, mit mondunk (megvan a szabályozás), éppen ezért ezen a helyen önhangnak nevezzük. Különösebb baj akkor lesz, mikor jelentős késleltetéssel látjuk viszont hangunkat. A 2-es hibrid ismét két irányra bontja a szakaszt, és erősítőkkel erősíti a jelet a kellő mértékig. A 2- es kapunál fellépő impedanciaillesztésről annyit, hogy egy erősítő ki- és bemeneti impedanciája minden további nélkül beállítható:

A szivárgás nem okoz semmi problémát. A 3-as hibridbe érvén érdemes elgondolkodni a szivárgás következményein. A felső kapukra érkező jel eloszlik a két szomszédos közt, melyek közül az egyik vezeték, a másik pedig egy lezárás. Mivel a lezárás nem tökéletesen úgy viselkedik, mint a vezeték, a szivárgás jelenségét ismét megfigyelhetjük. Ezúttal viszont egy erősítő bemenetére érkezik az átszivárgott jel (3-as hibrid alsó kapuja), És lekövethetően visszajut a hangszóróba. Ez már visszhang, mivel a vezeték fizikai paraméterei miatt késleltetéssel érkezik vissza. A 4 -es hibriden ugyanígy jelentkezik a visszhang, ami már egy sokkal hoszabb vezetékszakaszt fog átutazni, így mégnagyobb késleltetése lesz. Visszhang paraméterek A visszhang forrása tehát lehet az, ha nem a saját impedanciával zárjuk le a vezetéket:

Ez a probléma áthidalható Származhat az előbb említett nem tökéletes hibridből származó is a visszhang. Lássunk egy táblázatot, mely tartalmazza, a jel mekkora késleltetése esetén milyen csillapítást kell alkalmazni, hogy ne legyen zavaró: késleltetés,  visszhang csillapítás a v

10 msec 11 dB 30 msec 23 dB 50 msec 31 dB Példa: Terjedési késleltetés számítása  Vegyünk egy 150 km -es hozzáférői hálózatot. Ennek késleltetése:

 hozzáférő  150km 

1 m 250  10 sec

 0,6m sec . Az alkalmazott terjedési sebesség kisebb, mint a

3



fénysebesség, mert dielektrikumban halad (később) Ezek után nézzük, hogyan alakul egy 20.000 km -es gerincháló késleltetése:

 gerinc 

20  10 3 km   80m sec . km 250 10 3 sec

A következő tanulságokat vonhatjuk le: A hozzáférői szakasz késleltetése nem jelentős, viszont a gerinchálózat késleltetését kezelni kell. Miért tervezzük a központ közi, felváltva erősítőkből és vezetőszakaszokból álló szakaszt 0dB -re?

75

Mivel mindkét hibridnél van átszivárgás, így hurok alakul ki. A 25dB + 25dB igen nagy csillapítás, nagy tartalékot biztosít. Ha leszakad a vezeték, a hibriden a jel 7 dB -el szivárog át a szemközti érpárra. Ez igen gyakran meg is történik, nem kell, hogy leszakadjon a vezeték. Ez történik minden kapcsolásnál. Ha kevesebb, mint 0dB lenne a szakasz csillapítása, a visszhang szempontjából kedvező szituáció állna elő. Gondoljunk bele, 5dB csillapítás a visszhangot 10 dB -el csillapítja. Így ez egy járható útja a visszhang csillapításnak. Viszont ne feledkezzünk meg az átviteli követelményekről, a csillapítás értéke nem lehet akármilyen mértékű. Lássuk, mit kezdhetünk a visszhanggal Visszhang visszhangcsökkentés  ág csillapítás növelése  visszhangzár  visszhang törlő  SDM (végig 4 huzalos a rendszer)  átviteli réteg- beli megoldások  FDM  TDM: meg kell várni a jelet, egyidejű beszélgetés nehéz. Ezt ping - pongnak nevezik, adatátvitelnél használható, de beszédnél csak rövid távolságra használható. (pl. ISDN eszközöknél)  CDM: ? (nincs még ilyen megoldás)

Visszhangzár A visszhang zár egy elavult megoldás. Lássunk a nagy ábrából egy részletet

Az eszköz, melynek VAD a rövidítése, nem más, mint egy beszéddetektor (Voice Activity Detector). Ez az áramkör érzékeli, ha van beszéd. Jelét arra használjuk, hogy a nem kívánatos irányban lecsökkentsük az erősítést. A megoldás nagy problémája, hogy kétirányú beszélgetés esetén kultúráltan kell beszélni (nem egymás szavába vágni).

Visszhang törlő Angolul Echo canceller, lássunk ismét egy részletet az ábrából:

Az eszköz VT - Visszhang törlő. Nem tesz mást, mint lemodellezi az átviteli közeget, és megpróbálja kompenzálni az átviteli közeg hibáját. Ennek a modellezésnek adaptívnak kell lennie, hiszen a vezeték impedanciája függ a külsö tényezőktól (pl. rásüt a nap, felmelegszik). Ezen eszköz alapjában véve tároló a legegyszerűbb modellt véve, de természetesen vannak bonyolultabb megvalósítások is. Modemnél ki kell kapcsolni a visszhangtörlőt (modem saját maga kompenzálást végez) Az itt leírt 2-4 huzalos átalakítások mind analóg, mind digitális esetben megtalálhatóak.

76

A kéthuzalos áramkörrel áthidalható távolság erősen korlátozott, mert a kéthuzalos erősítők újabb hurkokat hoznak a rendszerbe, amelyek egymásra is hatnak, és ezen keresztül rontják az eredő stabilitást. Éppen ezért a hurkok számát maximalizálták 3 -ra. Változtatható késleltetés megoldása a visszhangtörlőben: Szó volt arról, hogy a visszhang törlő alapjában véve egy késleltető áramkör. A kérdés az, hogy amikor változik a vezetékszakasz késleltetése, akkor ezt hogyan tudjuk utánozni. Lássunk egy blokkvázlatot:

A

C1 Cn súlyokkal állítom be a késleltetést. A torzítást a többi Ci tényezővel lehet beállítani.

A 2/4 átalakítás VoIP hálózatban a gateway vonali kártyáján található. Digitális jelátvitel analóg csatornán DC komponens átvitele Lássuk, miért fontos számunkra a 0Hz, és környéke. Tekintsünk egy digitális jelet:

Ezen jelnek a Fourier sora mutatja meg, hogy Ennek a jelnek egyértelmű, hogy van DC komponense, ami a 0Hz -et jelenti spektrum szempontból. Kérdés: Át lehet e vinni információt a 0Hz frekvencia környékén? Válasz: Nem Okok: 1.) Fémvezeték  A távtáplálás problémája: nem lehet megoldani azt, hogy távtáplálást is biztosítsunk, és ugyanakkor információt is átvigyünk a 0Hz környékén  Nagyfeszültségű védelem: galvanikusan le kell választani az áramköröket, ehhez vonali transzformátor kell (a távtáplálást megoldják).  50 Hz és harmónikusainak zavarása (50 Hz, 100 Hz, 150 Hz,...): Az 50 Hz mindíg átjön valamiféleképpen, így nem tanácsos az 50 Hz környékén információt átvinni.  Koax kábel áthallása: A koax kábelnek kis frekvenciákon nagy az áthallása, ha kicsi a frekvencia, nagy a hullámhossz, ekkor nem tud árnyékolni. 60 kHz alatt a koax nem alkalmas jelátvitelre. 2.) Fényvezeték 

Ez csak az optikai sávban visz át (inkább infravörös tartomány)

3.) Rádiós átvitel 

nagyjából 150 kHz, de legalább kHz nagyságrend kell ahhoz, hogy rádión vihessünk át információt

77

Megoldás a DC komponens átvitelére 1.) Megoldások fémvezetékre - vonali kódolás Fémvezetéken átvihető a DC komponens, ha vonali kódolást alkalmazunk, ilyen pl. a LAN -okból ismert Manchester kódolás, vagy a Bináris NRZ. Ezen kódolások eltüntetik a DC komponenst, ugyanakkor pazarlólag bánnak a sávszélességgel. Példaképp megemlítjük a PDH -t, ahol HDB3 (High Density Bipolar Coding 3 egymás után max 3 nulla) kódolást alkalmaznak. Az ISDN előfizetői szakasza ugyancsak HDB3 -al működik. Már szó volt arról, hogy a vonali kódolás pazarolja a sávszélességet. Ugyanakkor mégis alkalmazzák sok helyen, hiszen pl. LAN, PDH, ISDN esetében nem nő radikálisan a vezeték csillapítása a frekvenciával. 2.) Modulátor: megoldások fém, fény, rádiós közegekben

Bevezetés A modulátor a következőképpen "transzformálja" a spektrumot:

Azaz, a spektrum megjelenik a vivőfrekvencia környékén. Tehát az első lépéssel megvagyunk, a DC komponens eltűnt. A kódolásra viszont itt is szükség van, hiszen az órajelet ki kell nyerni a vevőoldalon. Nyilván, csupa 0 esetén ez nem menne. Ezen okból kifolyólag az adóoldalon egy un. scrambler (bitkeverő) -t alkalmazunk, a vevőoldalon értelemszerűen descramblert. Ez, mint a Számítógép Hálózatok tárgyból jól tudjuk, megvalósítható visszacsatolt shiftregiszterrel. Ezzel az órajel visszaállítását is megoldottuk. A modulációnak két fajtája van, hogy melyiket alkalmazzuk, az attól függ, mennyire bőségesen áll rendelkezésünkre a sávszélesség. Tekintsünk néhány közeget, és a velük kapcsolatos sávszélességi megfontolásokat:  Fényvezető: Bőségesen van sávszélesség, a moduláció feladatát a lézeroszcillátor látja el.  Rádiós átviteli közeg: mivel a frekvencia természeti kincs, óvatosan kell vele bánni, mindíg keskenysávú modulációt kell alkalmazni.  Fémvezető: Ha valami okból sávhatárolva van az átvitel (pl. PCM kodek, és az előtte lévő LPF), és másodlagos adatátvitelt akarunk alkalmazni, akkor nem szabad pazarolni a sávszélességet. Tekintsük át, milyen lehetőségek adódnak, ha digitális jelet óhajtunk továbbítani:

78

Az ábra felső része az alapeseti, pl. analóg hozzáférői csatornát jelképezhet. Ekkor a jól megtanult módon, az (a) jelű analóg csatorna sávszélessége nyilván 4 kHz -re adódik. Amennyiben digitális jelátvitelt szeretnénk alkalmazni, az analóg csatornát az ábra szerint kell megvalósítani. A digitális csatorna megvalósítására két lehetőségünk adódik, a vonali kódolás, és a modulálás. A jelölt analóg csatornák eltérő sávszélességűek. Az (a) csatorna az előbb tárgyalt módon 4kHz -es lehet, a (b) jelű pl. Manchester kódolás esetén egy 128 kHz -es sávszélességűnek fogható fel, ha ISDN -t tekintünk példának. A (c) jelű csatornához példaképp hozható a számítógépeknél alkalmazott modem, mely nagyjából a 2 kHz-es sávközéppel dolgozik, és sávszélessége a (c) csatornának szintén 4 kHz körül van.

Széles sávú átvitel Széles sávú átvitelről akkor beszélünk, amikor a csatorna sávszélessége sokkal nagyobb, mint a jel sávszélessége. Ekkor a torzításmentes átvitel akadály nélkül megtehető, hiszen a szűrés általi torzítás egy igen kicsiny késleltetésben, és jelalak torzulásban nyilvánul meg.

Keskenysávú átvitel Keskenysávú átvitel esetén nagy bajban vagyunk, hiszen a csatorna, mint aluláteresztő szűrő működik, és a jel sávszélessége megközelíti ennek a szűrőnek az áteresztőképességét. A szűrő dirac impulzusra adott feleletét vizsgálva kiderül, hogy az átvitel akkor lehetséges, ha az egymás utáni impulzusok pontosan

T

 c

időnként

követik egymást. Vezetékes átvitel Fémvezető Fémvezető alkalmazása esetén meg kell ismerkedjünk a hullámellenállás fogalmával. A hullámellenállás megállapításához modellezzük a vezetőt kis,  hosszúságú szakaszokkal. Minden egyes elemi szakasz modellje a következő áramköri képpel modellezhető

79

Az egyes áramköri elemeknek a következő neveket adták: R: ohmikus impedancia [Ohm] L: induktivitás [H/km] G: ohmos átvezetés [Siemens/km] C: kapacitás Egy félvégtelen hosszúságú vezetőszakasz impedanciáját úgy tudom meghatározni, hogy összeadom az elemi szakaszokat. Gondolhatnánk, hogy az R és L, mivel összeadódnak, végtelen ellenállás adódik. Ám mivel jelen van G és C, így egy véges értéket kapok a félvégtelen vezető impedanciájára. Ezt nevezik hullámellenállásnak. Természetesen, ha egy félvégtelen szakasz elejéről levágunk egy véges darabot, a maradék, még mindíg félvégtelen szakasznak az impedanciája ugyanúgy a hullámimpedancia marad. Azért vizsgáltuk a félvégtelen esetet, mert ekkor nincs visszaverődés (reflexió). Számunkra pedig az a fontos, hogy amikor véges szakaszokal dolgozunk, akkor se legyen visszaverődés. Éppen ezért egy véges vezetőnél a megadott hullámimpedanciával lezárva "becsapjuk" a vezetéket, azt hiszi, hogy végtelen, így nem lesz reflexió. Rossz lezárás esetén viszont többszörös visszhang keletkezhet. A vezeték hullámellenállását a

Z0 

L képlettel lehet meghatározni. C

Átviteli közegek Tekintsük át egy táblázat segítségével, az átvitel mely frekvenciasávokban lehetséges:

A táblázat magyarázatát felülről lefele haladva adom meg. Fent láthatóak a rádiós fogalmak, illetve a megfelelő rádiósávok. Ezek jól láthatóan szünetekkel vannak elválasztva, hogy ne zavarják egymást. Az URH sáv több kisebb részből áll. A vezetékes átvitelt tárgyalását kezdjük a légvezetékkel! A légvezeték felső frekvencia határa 150 kHz, az áthallások miatt. A légvezeték elektromágneses tere nyílt, ezért a hosszúhullámú rádióműsorszórással áthallás léphet fel. A szimmetrikus kábel elektromágneses tere már zártabb, de ha több kábel van egymás mellett, közöttük elektromágneses csatolás révén áthallás keletkezik. Az áthallás megfelelő kompenzálással 600kHz -ig tűrhető. Ha a szimmetrikus kábel önmagában helyezkedik el a kábelköpenyben, akkor az áthallási probléma nem jelentkezik, és a felső határfrekvencia a csillapítás miatt 5MHz- nél van. A felső határ azért adódik, mert nagyfrekvenciás jelátvitelnél a jel nem a vezetékben, hanem a vezeték mentén halad (optika esetén dielektrikumban). Ha nő a frekvencia, kiszorul az áram a vezetőből (skin effect). Szimmetrikus kábelnél (csavart érpár), mivel kicsi a keresztmettszete, így megnő a csillapítás:

80

Nagyobb sávszélességű jel átviteléhez ezért koax kábelt alkalmaznak. A koaxiális kábel szigetelőgyűrűkkel elválasztott belső rézvezetőből és külső vezetőköpenyből áll. A koaxiális kábel 60 kHz alatt áthallás miatt nem alkalmazható, ekkor ugyanis a koaxiális kábel belsejében terjedő elektromágneses hullám behatolási mélysége eléri a gazdaságosan gyártható köpenyvastagságot:

A felső határt a csillapítás húzza meg 60MHz -nél. Természetesen rövidebb távon használható koax a nagyobb frekvenciasávban is, hiszen a csillapítások nem szabdnak éles határt. A táblázatban szereplő adatok hosszútávú átvitelre vonatkoznak. A koax felső határfrekvencia ismét a skin effect miatt adódik, hiszen a belső rézvezető keresztmettszete kicsi. Nagyobb sebességű átvitelhez ezért a cső hullám vezetőt alkalmazták:

Az eszköz másik neve a cső tápvonal. A csőnek a belsejét finoman kell megmunkálni, hogy a lehető legkisebb legyen az ellenállása, ezt elősegítendő ezüstözni is szokták. Az adás folyamán ki antennával besugároznak a cső beésejébe. Mire használatba vették volna ezt a technológiát, a fénykábel kiszorította a hosszútávú átvitelből. Készülékek belsejében azonban manapság is használják. A vezeték nélküli átvitelt tekintve a mobil rádiócsatorna érdekes helyzetet teremt. A frekvenciahatárok tekintetében a következő megállapításokat lehet tenni: 70 MHz alá nem lehet menni, mert akkor az antenna mérete nagy lenne, 2GHz felett pedig a doppler effektus miatt nem célszerű használni a frekvenciákat. A sáv alján a hullám jól követi a terepet, míg a sáv teteje felé már fényszerűen terjed. Példaképp a GSM. 900 MHz -el Magyarország lefedhető, hiszen ez a frekvencia követi a földfelszínt. 1800 Mhz -el viszont az Ország lefedése problémákba ütközne. Ezért a két frekvenciát együtt alkalmazzák (kétsávos vevőberendezések). Az 1800 MHz es sáv jól használható nagyforgalmú körzetekben (belváros), hiszen itt sok kisebb cella szükséges a nagy forgalom kiszolgálásához. Az 1800 Mhz -es sávval továbbított jel nem jut olyan messzire, mint a 900 Mhz -es. A mikrohullámú átvitelnek több alkalmazása is van.  földfelszíni mikrohullámú rádió ismétlő lánc (ismétlő, relay, relé) Ez egy gerinchálózati megoldás, minden szolgáltatónak van mikrohullámú és optikai hálózata is.

81

Mint látható, az a lényeg, hogy a paraboloid tükrökkel ellátott állomások optikailag lássák egymást. Az ábrán jelölt hurokra megoldást jelent, ha minden állomás más frekvenciát alkalmaz a továbbításra. Így a csomópontoknak nem csak erősítő szerepet kell ellátniuk, hanem egy frekvenciatolást is.  helyi, hozzáférői hálózat  ritkán lakott településeken  versenyző szolgáltató esetén PanTel a vasút alatt fektette le kábeleit, és a vasútállomásnál mikrohullámú fejállomás található (3,5GHz)  monopól szolgáltató, előírt határidő esetén Egy vezeték nélküli elérés pillanatok alatt megteremthető. elnevezése: RAS: Radio Access System, WILL: WIreless Local Loop  Űrtávközlő műholdak 4..6 GHz A világegyetem fele két csatornán kommunikálhatunk: optikával, és mikrohullámmal. Az egyik sáv az ember számára is érzékelhető... Befejeztük, hogy a frekvencia függvényében milyen vezetékes/vezeték nélküli átvitelt lehetséges. Fontos, hogy az említett táblázat csak nagy távolságra vonatkozik (50 - 100 km). Kisebb távolság esetén lehet más megoldásokat is alkalmazni, mert szélesebb frekvenciasávok állnak rendelkezésre, egyéb technológiák jöhetnek számításba (szabatéri, infravörös, optikai, ez esetekben nincs frekvencia engedély)

Fizikai réteg Összefoglaló az optikai eszközökről Három tényezőt kell vizsgálnunk:  csillapítás kézbentartása  ha meghajlítom az üvegszálat, miért követi a görbületet a fény  torzítások Csillapítás Ennek az értékét katalógusok adják meg.

82

Ez az ábra a csillapítást hivatott ábrázolni. Vízszintes tengelyén a hullámhossz látható mikrométerben, a függőleges tengely pedig a km-enkénti csillapítás (dB/km). Az optikai szálak csillapítása attól függ, hogy milyen viszonyban áll a fény hullámhossza és az átviteli közeg részecskemérete, hiszen a hullám kölcsönhatásba lép az atomokkal. Az ábra tartalmazza a műanyag alapú üvegszál átviteli görbéjét is, és bár jóval roszabb az üvegnél, rövid távon (pl. előfizetői szakaszokban) olcsósága miatt alkalmazható. Lássuk, mivel lehet modulálni a jelet: Jellemzők LED Lézerdióda mindegyik II,III Ablak 6 élettartam 10 óra 10 5 óra Ára Maximális sebesség Sávszélesség Spektrális megfontolásainkat grafikonnal ábrázoljuk, melyek az eszközök által kibocsájtott energiát ábrázolják a hullámhossz függvényében.

olcsó 100Mbit/sec

drága 10Gbit/sec

Jóval keskenyebb burkológörbe Hajlított vezeték követése Figyeljük meg a fényt a közeghatáron:

83

A hullám a olyan úton halad, hogy az egyik pontból a másikba a lehető legrövidebb úton jusson el. Innen a képlet:

sin( 1 ) n2 . Lássuk, mi történik, ha tovább növelem 1 -et. Előbb utóbb eljutok egy határszöghöz, mikor a  sin(  2 ) n1  2  90 tejesül. Ez a határszög:

Ha még ennél is nagyobbra választom

1 értékét, teljes visszaverődés lép fel:

Ez történik a víztükör esetén is. További viszgálataink során arra juthatunk, hogy a fénysugár egy bizonyos mélységig behatol a 2 -es közegbe:

Ekkor beszélhetünk behatolási mélységről, mely függ  hullámhossztól ( nagyobb hullámhossz jobban behatol )  törésmutatók különbségétől ( kisebb különbség -> jobban behatol )

84

Ugrás törésmutatójú szál Angolul SI, (Step Index) -nek hívják, mivel a törésmutató angolul refraction index, melyből a refractiont gyakran elhagyják. Ennek a szálnak a keresztmettszete a következőképpen fest:

A paraméterek hozzávetőlegesen:  mag: n1  1,5 átmérője 50 200 m

 köpeny: n2  1,485 átmérője 1001000 m Az üveg törésmutatóját szennyezéssel módosítják, a szálszerkezet fókuszálja a fény útját. Amikor beléptetjük a fénysugarat, fókuszálást kell végezni. Torzítások

Mi az a módus? A módus magyarázatához a két végén rögzített húr hasonlatát kell elővenni. Megpengetem a húrt olyan módon, hogy egy adott kezdeti pozícióból magára hagyom. A kezdőpozíciókat jelöljék pontok

Ezután vizsgáljuk a két kezdőpont esetét:

Tehát a kezdeti feltételtől függően különböző rezgésképek alakulnak ki. Eddig egyszerű kezdeti feltételeket vettünk. Bonyolultabb, összetett kezdeti feltétel esetén a kezdeti feltételt sorbafejtjük. Egyszerűbb mozgásképeket (módusokat) veszek, ezek szuperpozíciója adja majd az összetett kezdeti feltétel esetén a mozgásképet.

Módusdiszperzió, és kiküszöbölése Az exponenciális csillapítás eléggé erős:

H ( j )  e  ( )l  j  ( )l A késleltetés a fázis deriváltja

85

Az y tengelyen látható l ne zavarjon bennünket, jelen vizsgálatunkban egységnyi hosszúságú szál vizsglatára szorítkozunk. Mint látható, ha egyfajta törésmutatóval számolnánk, adódna 1 és  2 hullám fázisforgatás, melyek a két megfelelő törésmutatót tartalmazzák. Azonban összetett szerkezetre végtelen sok megoldást kapunk, minden módus késleltelése (a fázis deriváltja, érintője) más -más értékű az  ü üzemi frekvencián. Így ennél a sokmódusú átvitelnél elkenődik a jel. A módusdiszperzió a geometriai optika modellezési szintjém úgy írható le, hogy a tengelyirányú és a visszaverődéssel terjedő sugarak által befutott úthossz eltérő. Az SI szálnál a módusok száma 1000 -re tehető. A törésmutató profil megváltoztatásával, a szál méreteinek megváltoztatásával javíthatunk a helyzeten. Tekintsük az SI szálat, majd két finomítást. Az ábrák függőleges tengelyén a szál központjától mért pozíciót, a vízszintesen az adott pozícióban érvényes refraction indexet tüntetjük fel. SI szál esetén egy keresztmettszeti ábrát is prezentálunk. SI szál: SM (Single Mode) szál: GI (Gradient Indexed) szál:

Ugrás szerű törésmutató változás

n1  1,5

n2  1,485 n1  n2  0,015

Folyamatosan változik a törésmutató Az üzemi ferekvencián csak az a láncgörbe szerint, így a módusok alapmódus terjedhet. Jóval kisebb késleltetése állandó. A mag széle felé törésmutató különbség, megnő a hullám sebessége, és az n 1  1,5 eltérő pályájú sugarak futási ideje n 2  1 ,  0 , 005 kiegyenlítődik.

n 1  n 2  0 , 005 Ennek a szálnak a magmérete

510 m

Kisebb törésmutató különbség miatt nagyobb behatolási mélység. Ennél a szálnál kromatikus diszperzió lép fel. minőségi megfontolások A kábel minősége a B  l értékével jellemezhető 10 -100 MHz km 0,5 - 1,5 GHz km Különbségek olcsó a szál, viszont kisebb távolság hidalható át vele, így több jelfrissítő kell Tehát ezen paraméterek szerint kell dönteni, mely szálat használjuk.

>100 GHz km drága szál, viszont kevesebb jelfissítő, erősítő szükséges

86

Kromatikus diszperzió SM szálnál Ez abból adódik, hogy a fényadók modulálatlan sávszélessége olyan nagy, hogy ebben a sávban az alapmódus  ( ) karakterisztikája nem tekinthető egyenesnek - még homogén törésmutató esetén sem -, mivel a törésmutató a fény hullámhossza szerint változik. Az inflexiós pont 1,3m - es hullámhosszra adódik. A kromatikus diszperzió az inflexiós pontban eltűnik, így célszerű lenne, ha az átviteli sáv közepére esne az inflexiós pont. Ezt lépcsős n(r ) profillal érhetjük el. Vezeték nélküli átvitel A vezeték nélküli átvitel egyik fő problémája a fading, elhalkulás. Ennek oka, hogy egyszerre több útonhalad a hullám a vevőbe, ahol ezek szuperpozíciója jelenik meg. Ennek függvényében kiolthatják, ill erősíthetik egymást a különböző utakat bejárt hullámok, attól függően, hogy milyen fázishelyzetben érkeznek a vevőbe. Természetesen attól is függ a fading, mennyire tudjuk fókuszálva eljuttatni a vevőhöz a hullámokat. Egy visszaverődés esetén a jelnek változik a késleltetése, és 180 - os fázisfordítást szenved. Példaképp tekintsük egy 900 MHz -es GSM összeállítást, melyben a vevőkészülék 1,5 m magas, az adó 50 m magas:

Grafikonon ábrázoljuk az adó-vevő távolság függvényében a vett jel teljesítményét:

A mért érték két görbe közt helyezkedik el, egy nagyobb távolság esetén már megszűnik a fading. A felső görbét nyilvánvalóan élettani szempontok alapján kell megválasztani, míg a teljesítmény alsó határát a zajmentesség határozza meg. Élettani hatások Az emberi test úgy viselkedik a nagyfrekvenciás hullámokkal szemben, mint a fém, de egy bizonyos mélységig behatolnak az emberbe a hullámok. Ez nagyjából 1 cm. Az eszközök még nincsenek olyan régóta használatban, hogy komoly tapasztalatokkal rendelkezzünk. A telefont gyakorta, sok ideig használóknak headset használata javasolt. A vezetékes és vezeték nélküli átvitel összehasonlítása vezetékes frekvencia nem baj, van sok telepíthetőség sok idő a kiépítése mobilitás nem mobil ár olcsó

vezeték nélküli problémás, frekvencia nemzeti kincs gyorsan telepíthető mobil drága

87

táplálás fading hiba -Bit Error Rate

können megoldható nincs fading jobb

mobilitás miatt probléma a fadinggel számolni kell rossz, TCP -t nehéz átvinni, FEC -et kell alkalmazni.

88

6. Átviteli és kapcsolási réteg Bevezetés Elvekből építjük fel ezt az anyagrészt. Lássuk a főbb hálózati funkciókat TH szempontból: hozzáférés kapcsolás kapcsolási réteg hálózati réteg beli funkciók rendezés átviteli réteg nyalábolás Elvek a hálózati funkciókhoz SDM, TDM, FDM, CDM, ezzel a néggyel az összes fentebb említett funkciót meg lehet valósítani, tehát elvileg mindent mindennel el lehet készíteni, természetesen az ár, a megbízhatóság fontos paraméterek a választásnál. Fejezetek 6.1 Forgalomirányítás - a hangsúly a kapcsolón, és a rendezőn 6.2 Torlódásvédelem. 6.1 Forgalomirányítás A forgalomirányítás elemei  kapcsoló  rendező Lássunk egy blokkvázlatot

A technológiák tetszőlegesen használhatók, lehetséges analóg kapcsolómező TPV vezérlővel. Az, hogy a szerkezet kapcsoló, vagy vezérlő, alapvetően attól függ, kitől kapja a vezérlést. A kapcsoló és a rendező nem csak abban különbözik, hogy ki vezérli, hanem technológiájuk is eltér. Lássunk néhány paramétert: Kapcsoló (switch) DXC Idők (gyakoriság) rendezéshez képest gyakori, például ritkán, akkor, ha a forgalom 10 perc tendenciája változik, pl. havonta Idők (gyorsaság) gyorsan, valós időben kell nem olyan gyors, kapcsolási ideje végrehajtani a kapcsolást, sec nagyságrendű  sec  m sec nagyságrend Kapcsolt áramkörök száma 1- et kapcsol sokat rendezünk, pl. egyszerre 30.000 -et Ki vezérli? előfizető hálózat manager Hálózat részek jelhálózat jelhálózat segédjel jelzés hálózat (erőforrás foglaló menedzselő hálózat protokoll)

89

6.2 Forgalom sűrítés Def.: Forgalom: valamilyen gyakoriságú igény, ami a hálózatot éri. Lehet bérleti igény, szerződés, lehet hívás, börszt, csomag, stb... Bérelt vonal Tekintsük A és B városokat.

Bérelt hálózat feltételei:  nagy forgalmi igény  rögzített felhasználópár Ha elhagyjuk az egyik feltételt, elengedjük a felhasználópárokat, kapcsolt hálózatra jutunk Kapcsolt hálózat, nagy forgalmi igény Tehát feltételrendszerünk a következőképpen fest:  nagy forgalmi igény  nincsenek rögzített felhasználópárok

Ilyenkor nincs hívásblokkolás, mert a gerinchálózatban ugyanannyi vezeték fut, mint az előfizetőkhöz. Kapcsolt hálózat, kisebb forgalmi igény Feltételrendszerünk:  kis forgalmi igény  változó felhasználópárok

90

Ilyenkor felléphet hívásblokkolás, hiszen forgalomsűrítést alkalmaztunk. Vizsgakérdés Lehet -e olyan kapcsolt hálózatot készíteni, melyben nincs blokkolás? Hogyan? 6.3 A Forgalomirányítás elvei Forgalomirányítás alatt a csomópontok útválasztó képességét értjük az egész hálózatot nézve. Mitől függ, milyen algoritmust használok? paraméter IP hálózat SZH csomópontok száma sok sok hálózat topológiája ritkás sűrű, gazdag csomópontok, és átviteli utak nem megbízhatóak megbízhatóak megbízhatósága forgalmi statisztika becsülhetősége nem becsülhető becsülhető lehetnek nincsenek speciális szolgáltatás követelmények (mobilitás, többesszórás) Algoritmus komplexitás Az adott technológia szintnek mi a gazdaságos Látható, hogy a két példahálózatban másképp kell megvalósuljon a forgalom irányítás. Forgalomirányítási elvek  Egyenrangú / demokratikus eset: nincs kitüntetett csomópont  Hierarchikus: lehet kitüntetett csomópont, akár több hierarchiaszinten is. Másik osztályozás  Központosított : központi intelligencia, központi csomópont  Elosztott: nincs központi csomópont Harmadik osztályozás  Statikus - előre kiválasztott útvonalakat követünk  Dinamikus - forgalom igényeivel változhatnak az útvonalak Hierarchikus forgalomirányítás Ebben az esetben kijelölök egy magasabb szintű csomópontot. Az ábrán látható módon a két kommunikáló csomópontnak a kommunikációhoz igénybe kell vennie a kitüntetett szerepű csomópont szolgáltatásait, a hálózat a közvetlen forgalomirányítási elvet használja

91

Mikor alkalmazzuk?  nagyszámú csomópont esetén, hiszen ekkor az útválasztó táblák nagyon nagyok lennének Nagy problémája a megoldásnak a megbízhatóság, hiszen a kitüntetett csomóponthoz pl. egy termonukleáris kézigránátot dobva, megbénul a hálózat. Megoldások:  kettős fa



haránt útvonalak többféle haránt összeköttetést is be lehet tenni, lehet tandem csomópontot is helyezni a hálózatba.



hierarchikus gyűrűk

92

A hierarchiaszintek számát nem lehet túl nagyra venni. A PDH rendszerben teljes hálózattal kötik össze a szekunder központokat, Magyarországon 10 ilyen központ van.

A primer sík ezután hierarchikusan használja a szekunder központokat. Magyarországon a primer síkon nagyjából 40 központ lehet. Az USA -ban 200 szekunder, 10.000 primer központ. Régebben 5 hierarchiaszintet is alkalmaztak. A 200 szekunder központból álló teljes hálózatnak

200 199  19.900 éle van. A feladatkör 2

igen izgalmas, hiszen különböző időzónákat, változó forgalmakat kell kezelni. Ma már teljesen dinamikusan csinálják. Az IP hálózat is hierarchikus, általában 2-3 doménszint. Hierarchia esetén a címzés igadozik ehhez, TH -ban a számozáson tökéletesen látszik. Tehát hierarchikus hálózat esetén a címzés és a számozás is hierarchikus lesz. Torlódásvédelem Hálózat teljesítőképességének értelmezése: Throughput, átbocsátás görbe.

A forgalomirányítást váltogatni kell, kis forgalom esetén a dinamikus módszer a célravezető, nagy forgalmi viszonyok esetén azonban célszerű statikus forgalomirányítást végezni. A rendszert 0,3 Erl -ra kell tervezni, a forgalmas órára.

Torlódásvédelmi módszerek  



A forgalomirányítás befolyásolja forgalom kezelés  forgalom beléptetés: CAC (beléptetés mindíg kell, ha minőséget akarok biztosítani) áramkört felépítek? Mérem a forgalmat, akár passzív, akár aktív módon egy bandwidth broker-el. Ez egy központi intelligencia. A mérés történhet úgy, hogy aktív módon mérő forgalmat engedek a rendszerre, és csak akkor engedem be a felhasználót, ha a mérésnél nem volt blokkolás. A bandwidth broker tud mindent a hálózatról, ki tudja számolni, beléptethet e egy forgalmat.  forgalom rendszabás  forgalom osztályzás  sebesség szabályzás Erőforrás kezelés  Túlméretezés (drága hálózatot csinálok)

93



erőforrás foglalás (ezért fizetni kell), megvalósításához beléptetés  összeköttetést kell kiépíteni:  valós áramkör  látszólagos áramkör  dinamikus útvonalkezelés  ütemezés, elsőbbségkezelés Az összeköttetés minden OSI rétegben megvalósítható. Álljon itt egy táblázat, mely összefoglalja az eddig említetteket: Megnevezés valós áramkör látszólagos áramkör dinamikus útvonal összeköttetés összeköttetéses áramkör áramkör alapú áramkör mentes csomag nem csomag alapú csomag alapú megoldások technológiai példa PDH, SDH, Optika X.25, ATM MPLS, QoS IP Tanács: szélessávú hozzáférés, alkalmazások terén továbblépésre van mód.

datagram adatcsomag összeköttetés mentes

IP

94

7. TH technológiák 7.1 PDH hálózatok: PDH + PCM PDH Alapok PCM = Pulse Code Modlation. Két lehetséges úton valósíthatjuk meg:  Kompander után lineárisan kódoljuk az értékeket  Finom lépcsőkkel kódoljuk, majd átalakítjuk Mi az A karakterisztikával foglalkozunk:

Másodpercenként 8000 PCM minta, mind 8 bites, így kapom eredményül a 64 kbit/sec -ot. E1 Nyalábolás Az E1 hierarchiaszinten 64 kbit/sec -os csatornákból fogunk össze 32 -őt. A kimeneten a tűrés ppm- ben van megadva, ami voltaképp a Parts Per Million rövidítése.

Az E1 szinten a keret felépítése a következőképpen fest:

95

Két keret ad ki egy blokkot, melynek ideje 250  sec . Blokkok esetén a blokk második keretét kell figyelni, hogy abban a FAW második bitje legyen 1:

16 keret (8 blokk) alkot egy multikeretet, melynek ideje 4+4 bitet használunk jelzésre.

250 sec 8  2m sec

E2 Nyalábolás

Az E2 szinten már csak bitekként kezeli a bemenetet, nem mintánként.

Egy E2 -es keret így egy bemenetből 50+52+52+51 = 205 bitet szállít, de mivel a töltő bit is jelen van, ez az összeg növekedhet 1-el, 206 is lehet. Azt, hogy az adott alkalommal, az adott csatornán használjuk -e a töltőbitet, azt a 3 kontroll bitből tudjuk meg. Kell erre a célra ez a redundancia, hiszen ha elrontjuk a keretszinkront, nagy baj lehet! A sebesség a bitek hozzáadásával szabályozható. Lássuk, mekkora lehet a sebességingadozás!

96



1 kimenő keret 205 vagy 206 bemeneti bitet tartalmaz

f 

E2

min

 205  f

E2

keret



Ez jóval nagyobb eltérés, mint ami a specifikáció szerint előfordulhat az E1 kimenetén. maximális bemeneti frekvencia: E2 E2 f max  206  f keret  2052,22

  

bit sec  2042,26 kbit 848 sec

8448 10 3

kbit sec

Ez az érték is alá megy a specifikáltnak, de kisebb mértékben, ez közelebb van a 2048 -hoz. Statisztikailag a keretek 58% -ban használják a +1 bitet Mint említettük, a +1 bit használatát 12 bit dönti el - csatornánként 4 bit, ezek közül többségi szavazással dől el, mikor használom a töltőbitet. Nagyon fontos ez a 3 bites biztonság. Az E3 és E4 hierarchiaszintek ugyanígy néznek ki, csak több kontroll bitet használnak.

E1 szinkronizálás A szinkronizálás során az adatfolyamban az '0011011' mintát keresem, ezt a továbbiakban keretszinkronszónak hívom. Kiindulási állapot a K (keresés), amiből a keretszinkron láttán átmegyek a C állpotba, ahol várok egy keretidőt, és máris a C' állapotban vagyok, ahol megvizsgálom a keretszinkronszó második bitjét, azaz balról a második bitet (itt nem 0 -tól számozom a biteket). Ha B2 -t megvizsgálva 1 -et kapok, haladok a D állapotba, ahol ismét keretszinkronszót várok, és ekkor az S (szinkron) állapotban vagyok. Az utánzási védelem paramétere így   2 . A kieséshez háromszor kell elveszteni a keretszinkront, így a kiesés elleni védelem paramétere   3 -ra adódik.

PDH előnyök, hátrányok  hátrányok:  bitenkénti keretezés  világszerte eltérnek a rendszerek, EU, USA, Japán,  -Law, A -Law, mid -raiser, mid -step.  minden szinten újra kell keretezni  kevés hely jelzésnek, ütemezésnek  védelmi funkciókra keveset áldoz, nehéz a forgalomirányítás  modemes átvitelt lassítja.  előnyök:  szinkronizálás nélkül is működik  nem szükséges a szinkronjel terjesztése 7.2 Kapcsolás PDH hálózatokban Egy pár történelmi állomás:  Rotary központ: mechanikailag forgó szerkezet

97

 

Cross bar központ: kapcsolórudas megoldás Digitális központ: ma alkalmazzák, hiszen  kisebb fogyasztású  kisebb helyigényű  nagyobb teljesítményű

Kapcsolási elvek

Térkapcsolás Térkapcsolás kapcsolómátrixszal Előnyők:  ha a vonal nem foglalt, akkor:  nincs belső torlódás, ütközés  ütközés mentes architektúra Hátrányok:  N bemenet, N kimenet , így N*(N-1) pont. Felépítés:

Tehát, ha az i. bemenetet a j. kimenettel óhajtom összekapcsolni, egyszerűen összeköttetést létesítek köztük. A csomópontok számát lehet csökenteni, ha kevesebb kimeneti vonalat készítek, mint bemenetit. Ekkor már természetesen lehet blokkolás.

A felhasználók így koncentrálhatóak, ha csoportokra osztjuk őket.

Többfokozatú kapcsoló Többfokozatú kapcsolóval redukálhatjuk a kapcsolópontok számát:

98

Lássuk, hogyan alakul a kapcsolópontok száma:

N N N k N2 kapcsolópontok száma = 2  ( n  k )  k  (  )  2  N  k  n n n n2 gyakorlatilag "csak" ennyi kapcsolópont kell. Lássunk néhány számértéket: N , bemenetek száma N x3 , csomópontok a 3 fokozatú N xM , csomópontok a mátrixos megoldásnál 128 8192

megoldásnál 2680 500.000

16256

4,2  10 6

Kérdés, hogy k értéke mennyi legyen, hogy a rendszer blokkolás nélkül tudjon működni. Ehhez k  2n  1 kell legyen. Visszahelyettesítve az eredeti képletbe:

N x  2 N (2n  1)  (2n  1)(

N2 ) n2

Ekkor n értéke még mindíg kérdéses. Ennek megválaszolásához tartsunk N -el végtelenbe, majd képezzük a függvény határértékét. Ekkor

n

N helyen a függvénynek minimuma van, és N x  4 N ( 2 N  1) 2

Tovább csökkenthető a kapcsolók száma, ha a középső kapcsolófokozatokat is a fenti ábra szerinti többszintű kapcsolással oldjuk meg. Ekkor kapjuk az 5 szintű kapcsolót.

Kapcsolók számának tovább csökkentése A kapcsolók számát tovább csökkenthetjük, ha megengedjük a hívásblokkolást egy kis valószínűséggel.

Az ábrán látható, hogy a két pont közt k lehetséges útvonal lehet, és minden útvonal két szakaszból áll. Annak a valószínűsége, hogy egy szakasz foglalt, q. Annak a valószínűsége, hogy minden út foglalt lesz:

B  P(összes út foglalt)  ( P(egy út foglalt)) k  (1  q 2 ) k Lássunk egy példát: N

n

k, ha

B  0,002

k, ha B  0

128 8 5 15 8192 64 15 127 Látható, hogy nem lehet egyértelműen kimondani, hogy k -nak mindíg nagyobbnak kell lennie, mint n, hiszen ha megengedünk egy adott valószínűséggel blokkolást, akkor k lehet kisebb, mint n.

99

Időkapcsolás Időkapcsolásnál a mintákat cseréljük fel. PDH esetén ez nyiván csak az 1. szinten lehetséges.

Idő + térkapcsolás A vegyes megoldásnál az időkapcsolás ábráját lássuk magunk előtt, csak több be, és kimenettel. A két elv keverésével megvalósíthatóak az alábbi kombinációk (T: Time switch, S: Space switch):  TST, ha a középsőt 3 fokozatúval valósítjuk meg: TSSST  STS 7.3 ISDN Mivel tud többet egy ISDN szolgáltatás? A többlet szolgáltatásokat többlet jelzéssel lehet átvinni. Ehhez az ISDN a 7- es jelzésrendszert alkalmazza. Néhány plussz szolgáltatás:  hívásátirányítások  hívószám kijelzés  hívószám kijelzés tiltása (GSM ugyanezt a 7-es jelzésrendszert használja)  híváseltérítés  hívás átadás  faxoláshoz G4 -es szabvány  2 vonal  közvetlen digitális csatlakozás  stb... Hátránya: keskenysávú, mire elterjedt, kiderült, hogy kicsi a sávszélesség Előnye: A meglévő hozzáférői hálózatra épül. A hozzáférői hálózat mindíg drága, inkább a gerincet újítják. Egy blokkvázlat:

100

ISDN referencia modell

Az S- busz működése Az S buszon módosított AMI kódolást alkalmaznak (Alternated Mode Interlation ), mindíg váltja a polaritást, ugyanezt a módosított AMI fordítva csinálja. Egy példa:

BRA (Basic Rate Access): 2B+D csatornák = 2  64kbps  16kbps  144kbps Ehhez hozzáadódik a keretszervezés, és a többszörös hozzáférés plusszköltsége, így adódik ki a 192 kbit/sec. A többlet így látható, hogy 48 kbit/sec -ot vesz igénybe. Lássuk, az S buszt milyen kiépítésekkel lehet használni:

101

Egy keret az S buszon 48 bitből áll. Lássuk a kétfajta keretet, az egyik a NT -től megy a TE fele, a másik pedig a visszirányba:

A keret az F bittől kezdődik, mely a kódsértés miatt jól azonosítható. Az F előtt és után lévő L ekkel együtt kódsértést követnek el. A másik irányú átvitelnél a TE rászinkronizál az NT -re, és 2 bittel később kezd adni.

102

Onnan tudja, hogy adhat, hogy látja, a felé érkező keretben az echo bitek (4db) üresek. Ekkor 2 bit késleltetéssel visszairányba küldhet. Akkor is joga van üzenni, ha az echo keret neki van címezve. Jelzésrendszer

Hagyományos ISDN = N-ISDN, Narrow Band ISDN (ITU-T) B-ISDN : Broadband ISDN, ehhez új hálózat kell, átviteltechnikája legyen ATM (ITU -T) PRA: Primary Rate Access: 30B+ 2D (itt D is 64 kbit/sec-es). Ugyanaz a keretszervezés, mint a PDH 1. szinjénél. Az ISDN végberendezés és a központ között maximum 4-13 km lehet a távolság. Függ a huzalátmérőtől: huzalátmérő távolság 0,4 4 km 0,6 6 km 0,8 13 km Így pl. Budapesten mindenhol telepíthető ISDN. 7.4 hozzáférési technikák Beszédsávi modem Fő korlátja, hogy beszédsávi, sok kapcsolón megy keresztül. A sávszélesség korlátozott, 300-3400 Hz -es tartományra. Szabványok:  V.34: 33,6 kbit/sec  V.90: 56 kbit/sec, egyeduralkodóvá vált Dial up service -nek nevezik angolul. Beszédsávon kívüli modemek xDSL (sima DSL, vagy IDSL az ISDN -t jelenti)  HDSL High Datarate Digital Subscriber Line. Mindkét irányba 2 Mbit/sec, áthidalható távolság 5 km, ismétlővel 12 km. Hátránya, hogy 2 érpár szükséges hozzá.  HDSL-2 Ugyan az, mint a HDSL, csak egy érpárt használ  ADSL Assymetric DSL, letöltés mag 8 Mbit/sec, feltöltés max 768 kbit/sec, Magyarországon a letöltés a 1,5 Mbit/sec fele, negyede, a feltöltés pedig 256 - 64 kbit/sec. Az asszimetria az alkalmazások miatt van. Áthidalható távolság a legnagyobb sebességgel 3,6 km.  ADSL-2 Ugyanaz, mint az ADSL, csak itt nagyobb távolság hidalható át.  RADSL Rate - Adapted DSL, menetközben dinamikusan állítja a sebességet, maximum 6 km -t hidal át.  SDSL Symmetric DSL, 768 kbit/sec le, és föl is.  VDSL Very High Datarate DSL 52 Mbit/sec letöltés, feltöltés 1,5 Mbit/sec, mindezt 1 érpáron, és egészen 300 m-t mehetünk el a központtól.

103

ADSL működése Az ITU-T g.992.x (2003 -as ajánlások)

Kis alcsatornákra van osztva a felső frekvenciasáv. Alkalmazott kódolási technikák:  (CAP)  DMT - Discrete Multitone alapcsatornákat definiálnak, 256 db -ot, így 1,1 MHz -es a sávszélesség. csatornák kiosztása:  1 .. 5 : PSTN  32 feltöltésre  218 letöltésre A probléma, hogy a vonal minősége előre nem ismert. Így méréssel állapítják meg, mely frekvenciákat használják az átvitelre. Külön probléma, hogy ha sokan használnak ADSL -t, a vezetékek között áthallás keletkezhet, ezáltal romlik az átvitel. A megoldás, hogy FDM -el elválasztom a szálakat, illetve időosztást is használok (ebben az esetben visszhangzár kell). Az átvitel QAM -el történik. Keretek:

A szuperkeret 68 keretből és egy szinkronkeretből áll. A sebesség 32 kbit/sec -os granularitással változik. Az RADSL előnye ezzel szemben a dinamizmus. Az átvitel minőségét FEC -el lehet javítani.

Protokoll szintű elemzés

104

Kábel modemek

Feltöltés: A DOCSIS specifikálja a kábelmodemes megoldásokat. DOCSIS = Data Over Cable Service Interface Specification Sávszélességek:  Letöltés: 64 vagy 256 szintű QAM, így 54 (88 Európában) - 860 MHz -es tartomány. 6 Mbit/Sec -es csatornák.  Feltöltés: 16 szintű QAM, vagy inkább PSK 5 - 42 (65 Európában) MHz -es tartomány, 200 - 3200 kbit/sec -os csatornák. Probléma, hogy a felhasználók számának növekedtével a feltöltés problémássá válik. A megoldás az, ha a csomópontot közelebb visszük a felhasználóhoz. FTTx technikák Fiber to the ..., azt szabja meg, hol térünk át a rézre. pl. FTTH : Fiber to the Home. Ha az utolsó szakasz rádiós, akkor azr Radio In the Loop kifejezéssel díjazzák. Last Mile - utolsó szakaszon mit használnak. A mobil hálózat sávszélessége úgy növelhető, hogy kisebb cellákat alkalmazunk. PowerLine Az áramellátó hálózatot használnák információátvitelre. Gondja, hogy a transzformátor nem engedi át a nagyfrekvenciás jelet. Németországban, Kanadában népszerűnek tűnt. Azzal is el kell számolni, hogy a vezetékek zavarják a rádiós műsorszórást. Ethernet IEE 802.3x Megoldás: üvegszál, majd a Last Mile -on Ethernet. Lehet 10 Gbit/sec ethernet az utcáig, majd onnan 10/100 Mbit/sec-esek. olcsó technika, viszont nem biztonságos!.

105

SDH és SONET Bevezetés Eddig szó volt a hozzáférői hálózatokról, most a gerinchálózati technológiákról lesz szó. Természetesen egy szolgáltatást kell eladni, így nem elég egy erős gerinchálózat, ahoz hozzáférést is kell biztosítani, valamint az egész hálózatot meg kell tölteni tartalommal. Ezt az összefüggést illusztrálja a következő ábra:

Most tekintsük át, mi a legnagyobb hátránya a PDH rendszereknek, milyen hierarchiaszintek léteznek, és hogy milyen átjárás lehetséges az egyes verziók között. Tekintsük a Japán, az Amerikai, és az Európai rendszert:

Igen nagy gond, hogy az egyes rendszerek közt kevés átjárási lehetőség van. Ugyanakkor szükséges volt a nagy sávszélességű átvitel, így született meg az SDH/SONET. Az SDH jelentése Synchronous Digital Hierarchy, a SONET jelentése Synchronous Optical Network. Ezek a nevek sejtetik, hogy valamiféle hierarchikus rendszerről lesz szó, és az átviteli közeg dominánsan az optikai szál lesz. Ez a két kifejezés azt a kérdést szüli, vajon miért van két neve ennek a technológiának. A magyarázatot a szabványosítások adják. Kezdetben az Amerikai ANSI előállt az SONET -tel, később az ETSI az SDH-val. A két rendszer közti különbség annyi volt, hogy a SONET nél volt egy legkisebb hierarchia szint, ami az SDH -nál nem volt jelen (Ez történetileg a PDH hálózatok különbségéből adódik). Eztán jött az ITU-T, és kialakította az egységes SDH szabványt, mely G.707 név alatt fut. Most tekintsük át, egy SDH hálózat hogyan néz ki topológiailag. A jól ismert SDH gyűrűk köszönnek vissza, bennük ADM -ekkel, és DXC -kel, vagy más néven DCC -kel:

106

Az ADM fogad sokféle jelet, tetszés szerint leágaztat, az SDH gyűrűket DXC (Digital Cross Connect) -k kötik össze. A szerkezetet tüzetesebben megvizsgálva bizonyos SDH szakaszokat lehet elnevezni:

Tehát egy regenerátor szakasz két szomszédos regenerátor közt van értelmezve, egy Multiplex szakasz pedig két multiplexer közt. A legfelső szinten útvonalnak becézzük a szakaszt. Érdemes itt megjegyezni ezeket a kifejezéseket: Regenerator Section, Multiplex Section, Path, ugyanis visszaköszönnek a későbbiekben. SDH nyalábolási hierarchia Tekintsük át, az SDH milyen átviteli sebességeket kínál fel, milyen jelek átvitelére alkalmas, és mi a keretszervezések elnevezése!

Tegyük tisztába a fogalmakat, miért van STS-es jelölés, OC- jelölés és STM-jelölés. A mi szempontunkból az STM -ek fontosak, ugyanis ezek az ITU-T által definiált szintek. Az STS a SONET jelölése. Itt látható, hogy a SONET nek volt egy alsó hierarchiaszintje, az STS-1 -es. Ez be van satírozva, hiszen az ITU-T nem specifikálta, mint bemenet, de a technológia tárgyalása során látni fogjuk, hogy mint egy kísértet állandóan elő- elő tűnik egy mágikus 3 -as szám. Ez innen jön, hogy képes legyen fogadni az ITU-T SDH-ja a SONET összes szintjét. A felső, erősen kihúzott négyzet tartalmazza az ITU-T szinteket (STM-n), a megfelelő SONET szint (STS), és a fizikai átvitel beli elnevezést (OC).

107

SDH adategységek

Bevezetés Rendben, tehát tudjuk, milyen jelek fogadására kell felkészítenünk az SDH-t. Ehhez természetesen mindenféle keretekbe kell szervezni az adatokat, PDH bemenetek fogadása esetén a sebességillesztést el kell végezni, és még egyéb speciális feladatokat is el kell látni (pl. sebességkiegyenlítés más szolgáltatótól érkező SDH jel esetén, ld. később). Az ITU-T G.707 ajánlásban közölt ábrához hasonlóan tekintsük át a fogadott bemeneteket, adategységeket!

Az ábrán elég sok jelölés található. Ezek mindegyike egy valamilyen keretszervezést, adategységet, valami szabványos mintát hivatott jelölni. Tekintsük át egy másik ábra segítségével a C-4 ... STM -1 útvonalat:

Fény derült a rövidítések jelentésére, valamint újabb rövidítéseket vezet az ábra. A TU (Tributary Unit) és TUG (Tributary Unit Group) -al jelölt adategységek a mi szempontunkból nem fontosak, hiszen egyedül C-4 ... STM1 útvonalat fogjuk részletesen tárgyalni. Az ábra egy Bottom -Up megközelítést alkalmaz, így jut el az STM-1 ig. Tekintsük most az STM-1 -es keretet:

108

Az oktett (octet) ugyanaz, mint a byte, csak a távközlésben ezt szeretik alkalmazni. Az STM-1 másodpercenként 8000 ilyen AUG -t (jelen esetben ugyan az, mint az STM -1, mivel az első hierarchiaszinten vagyunk) szállít.

SOH Az SOH, azaz Session Overhead szakaszok között érvényes információkat tartalmaz. Az RSOH értelemszerűen a regenerátor szakaszokon (regenerátor és közvetlen szomszédai közt), míg az MSOH a Multiplexerek között (két, csak jelfrissítőket tartalmazó, regenerátor szakaszokkal összekötött Multiplexer közt) érvényes információkat hordoz. Tekintsük át a fontosabb oktetteket!

109

Két regenerátor közt egy 64 kbit/sec -os beszédcsatornát biztosít az E1, hiszen másodpercenként 8000 oktett pontosan kiadja a 64 kb/s -ot. Ezt karbantartási célokra használhatják. A hibajavítással kapcsolatos oktettek B betűvel kezdődnek, lényegesebb paramétereik megtalálhatóak az ábrán. A regenerátorok közt D1 D2 és D3 egy 3×64 kb/s = 192 kb/s -os adatcsatornát képez, a multiplexerek között háromszor ennyi sávszélesség áll rendelkezésre (576 kb/s). Az RSOH-ban látható, hogy a keret kezdetét 3db A1 után érkez ő 3db A2 minta jelzi. Az F1 user channelt karbantartási célokra használhatják.

AU-4 PTR Ez a mutató mutatja, hogy a rakományon belül hol kezdődik a VC-4 -es konténer. Az STM -1 -es rakománya egy AU-4 -es, mely 261×9 oktettből áll. Ez összesen 2349 oktettet jelent. A számolás hamarosan értelmet nyer, tekintsük az AU-4 PTR -t, mely a RSOH utáni sorban található az STM-1 es kereten belül:

Tehát a 9 oktettből álló sor számunkra fontos elemei a H1, a H2 és a H3. A mutató értékét a H1 és H2 együttesen tárolják az ábrán látható módon. Ha az AU-4 est 3 oktettenként címzem, a teljes tartomány címzéséhez 2349 ÷ 3 = 783 számra van szükségem. Ez 10 biten tárolható. Tehát a 10 bites pointer értéke 0..782 között változhat. értéke azt fejezi ki, hogy hányadik oktetthármasnál kezdődik a VC-4 -es a pointer végétől számolva. Tehát ha AU-4 -es a rakomány, és a pointer értéke 87, a VC-4 -es pontosan 3 oktettel a K2 után kezdődik (számoljuk ki!).

110

A pointer értékének állítása a következőképpen történik:  Normális működés: Normális működés esetén New Data Flag tiltva van, és a pointer értékét nem változtatom. Mindíg legalább három kereten keresztül állandó a pointer értéke.  Új pointer érték: Ha új értéket akarok megadni a pointernek, be kell állítani a New Data Flag -et, amikor az új pointer értékét elküldöm. Miután ezt elkültem a következő három keretben nem változtathatom a pointer értékét.  Pointer értékének csökkentése: Ezt akor kell megtennem, ha gyorsabban küldik nekem a VC-4 eseket, mint amilyen gyorsan szállítom az AU -4 eseket. Tehát a plussz adatot át kell vinnem. Jeleznem kell, hogy csökkeni fog a pointer mező értéke. Ezt a jelzést úgy teszem meg, hogy küldök egy keretet, mely a pointerem minden D mezőjét invertálja, a pointer 3 db H3 -as mezőjébe beleteszem az adatot, következőleg a pointer értéke kisebb lesz. Természetesen legalább 3 szor ugyanannak kell lennie a pointer értékének



Pointer érték növelése: Ha lassabban küldik a VC - 4 eseket, akkor lehet rá szükség. Nyilván ekkor növelnem kell a pointer értékét. Mielőtt azonban megnövelném, el kell küldenem egy olyan keretet, melyben a pointer I bitjei vannak invertálva, és az ez után következő keretben lehet egyel nagyobb a pointer értéke. Természeteren az új érték legalább 3 kereten keresztül változatlan kell maradjon.

111

Mikor lehet szükség a pointer értékének változtatására? Az egyes SDH központokat lehet GPS -ről globálisan szinkronizálni, és lehet az SDI hálózatban egy un. PRC (Primary Reference Counter) -t kinevezni, amihez a többi központ szinkronizál. Egy ilyen helyzetet vázol fel a következő ábra:

A sebességkülönbség, amit ezzel a módszerrel át tudok hidalni a következőképpen számolható. Szükséges adatok: minden 4. keretben tudom eggyel változtatni a pointer értékét; a pointer értékének eggyel való változása 3 oktettet jelent; egy másodperc alatt 8000 keret érkezik;egy oktet 8 bitből áll. Így adódik, hogy a sebességkülönbség 8000 ÷ 4 × 3 × 8= 48.000 b/sec. Lehetséges Vizsgakérdés:  Ha 16 kb/s a két rendszer közti eltérés, hány keretenként kell növelni/csökkenteni a pointer értékét?  Válaszom: 16 kb/s = 2000 oktett/sec -> egy másodpercben 2000 oktettet kell nyernem. 3 másodperc alatt kell nyernem 6000 oktettet. 3 másodperc alatt 2000-szer kell változtatnom a pointer értékét ehhez (egy változtatás 3 oktettet jelent) 3 másodperc alatt 8000 × 3 = 24000 keret jön. ha a 24000 -ből 2000 szer változtatok, az azt jelenti, hogy minden 12. keretben kell a pointer értékét változtatni.

112

E4 -es PDH folyam továbbítása STM-1 en keresztül Hogy esettanulmányunkat befejezzük, meg kell mutatnom, milyen módon kerül a VC-4 -be az E-4 -es folyam. Tekintsük a következő ábrát:

Ez egy VC-4 est mutat. Egy VC -4 -es rakománya egy C-4 -es, ami 260 × 9 oktettet, azaz 2340 oktetet, azaz 18720 bitet jelent. Ebből másodpercenként 8000 -at viszek át, azaz a sebesség 149,76 Mb/s. A PDH névleges sebessége 139,246 Mb/s. Látható, hogy elfér. Az egyetlen megoldandó problémát a névleges szó jelenti, ami a PDH rendszer Pleziokron tulajdonságából adódik. Tehát lehet, hogy eltér a sebesség a névlegestől. Lássuk, az SDH miképp oldja meg a problémát. Az ábrával szemezve látszik, hogy minden sort 13 db blokkra bontok. Egy blokk így 13 oktett hosszú (260 ÷ 20 = 13). Minden blokk első része vagy X vagy Y vagy Z vagy W, és utána jön 12 byte hasznos adat. Hogy egy sor milyen sorrendben mennyit tartalmaz ezekből a byteokból, az a kép alján látható. Számoljuk ki, hány bitnyi hasznos adatot visz át egy sor: egy W oktett 8 bit hasznos adatot tartalmaz, ebből soronként 1 van --> 8 egy Z oktett 6 bit hasznos adatot tartalmaz, soronként egy Z van --> 6 minden blokk 12 byte hasznos adatot tartalmaz, blokkból soronként 20 van, egy byte 8 bit --> 1920 A számokat összeadva 1934 -et kapok. Viszont az ábrán megfejthető, hogy van egy S bitem, ami egy plusszbitként szolgál, így 1935 -öt is vihet egy sor. Hogy aktuálisan mennyit visz, azt a C bitek jelzik. Megszámolható, hogy belőlök soronként annyi van, mint ahány X oktett, azaz 5. A számításokat tovább folytatva a minimális sebesség úgy adódik, hogy minden sorban 1934 bitet viszek, ez keretenként 1934 × 9, azaz 17406 -ot jelent, ami 139,248 Mb/sec, maximális esetben pedig 139,32 Mb/s. ATM és IP átvitele Az ATM és IP adatfolyamokat közvetlenül betesszük a VC-4 -esbe. Hátrányok Az SDH merev nyalábolási struktúra, a VC-4 -es miatt nem lehet köztes méreteket lefoglalni. Leginkább menedzselt, bérelt jellegű hálózatok építésére használható. Multiservice Switching Az alapötlet, hogy egy keretet különböző tartalommal lehessen megtölteni, ehhez a GFP -t, azaz Generic Framing Protocol -t használják. Az elv az, hogy minden adategység elé 4 oktettet helyeznek, melyből 2 az adat hosszát, 2 pedig az adatra számított CRC -t tartalmaz. Nagyobb sebességek: VC összefűzés Ha nagyobb átviteli sebességre van szükségünk, mint amit a VC-4 -el elérhetünk, több VC -t is összefűzhetünk. példaképp a VC-40 4×150 Mb/s -os sebességet nyújt

113

ATM Bevezetés Az ITU-T annak idején, mikor kidolgozta az ISDN specifikációját, az volt a célja, hogy a meglévő, és legkevésbé kihasznált előfizetői szakaszokat újrahasznosítsa. Ugyanakkor ez hátrányt is jelentett, hiszen az ISDN által biztosított sávszélesség nem bizonyult elegendőnek. A sávszélesség igények kielégítése céljából elkezdtek dolgozni a B-ISDN -en (Broadband ISDN). Ezzel szembeni követlemények:  Legyen digitális  Legyen szélessávú  Fogja össze az összes eddigi technológiát Az utolsó követelményt vizsgáljuk meg, mit takarhat. A hálózatok terén nagy tarkaság jellemző. Vannak a távközlő hálózatok, és a számítógép hálózatok. A távközlő hálózatok QoS paramétereket biztosítanak, de kevésbé használják ki az erőforrásokat. Ezzel szemben a számítógép hálózatok jól kihasználják az erőforrásokat, viszont a minőség garantálása nem megoldott. Egy ábra szemlélteti a gondolatmenetet:

A rendszer komplexitásának árán mindkét technológia számunkra kedvező paramétereit megtarthatjuk. Az ATM ezt valósítja meg. Látszólagos útvonalakat épít ki, viszont felcímkézi az adatokat. Az ATM adategysége a cella. Az ATM jellemzői        

A B-ISDN ajánlott átviteltechnológiája cellakapcsolt elv: csomagkapcsolt + rögzített hossz nagyon gyors kapcsolás, hardverből látszólagos áramkörök elve. szükséglet szerinti erőforrásfoglalás (SDH -nak rossz volt a szemcsézettsége) kapcsolt mód tetszőleges szemcsézettség pl.:

114



tetszőleges minőséget tud biztosítani

Az ATM műszaki alapjai Asynchronous - a szinkronitás kérdése. A szinkronitást két szinten vizsgálhatjuk, bitszinten és keretszinten. Bitszinten az ATM, az SDH szinkron rendszer, a PDH nem. Vizsgálhatjuk a szinkronitást keret szinten is keret szintű szinkronitásnál a keretben az egyes csatornák helye rögzített. Keret szintű szinkronitás legfőképpen kis adategységeknél előnyös. Az ATM keret szinten nem szinkron rendszer. Minden adategységet kis fejléccel lát el, ez börsztnél előnyös. Az ATM cella Rögzített méretű, így egyszerűen kezelhető. Ha nem lett volna rögzített a keretméret, az adott technikai színvonalon nehéz lett volna megvalósítani. Rögzített méretnél viszont adatvesztés lehet. A cellaméretet tekintve szóba jön a késleltetés, és hogy mire szeretnénk használni a rendszert. Kis cellaméretnél kicsi lesz a késleltetés ingadozás, ez beszédnél például előnyös, ugyanakkor a kis cellák nagy overheadot eredményeznek. Ha kicsi a cella, a nem kitöltött cellák miatt kisebb lesz az adatveszteség. Nagy cellaméretnél nagy lesz a késleltetés ingadozás, viszont kisebb az overhead. Az USA ATM legfőképp adatátvitelre lett tervezve, nagyobb cellaméretet használtak volna (64 octet), míg az Európaiak inkább a beszédet tartották fontosnak, így a kis cellaméretet szerették volna (32 octet). Eredménye ennek az lett, hogy a két méret között állapodtak meg, azaz a cella mérete 5 octet fejrész + 48 octet rakomány lett. Tekintsük át, hogyan néz ki egy ATM cella:

115

A GFC arra szolgál, hogy amennyiben egy interfészen több felhasználó fér hozzá a rendszerhez, vagy egy felhasználó többféle típussal, akkor ezzel lehet azonosítani. A gyakorlatban nem használják, értékét 0000 -ra állítják. A VPI a Virtual Path Identifier összefog több összeköttetést. A VCI mutatja meg, hogy a VPI-n belül melyik összeköttetésről van szó. Amikor hálózaton belül vagyunk, akkor nincsen szükség a GFC mezőre, így annak a helyét is a VPI foglalja el. Így egy összeköttetés 24 bittel van reprezentálva. Ez azért elegendő, mert csak lokális jelentőséggel bír, ezért újrahasznosíthatóak, jelentésük csak egy címke. A címzési mód az E.164 szerint megy:

A PT a Payload Type, a rakomány típusát mutatja meg, hogy az adott cella mit szállít. SDH esetén nagy előny volt, hogy sok bitet használt arra, hogy azonosítsa az adatot. ATM -nél nincs ennyi hely erre a célra, külön útvonalakat létesítenek külön célokra, és így a VPI -vel együtt szokott eldőlni, hogy mi is az adat típusa, mire jó a cella. Példaképp a kontroll síkot hoztuk, melynek feladata az összeköttetés kiépítése, bontása. Ehhez jelzésrendszerre van szükség, ezt a jelzést külön csatornán továbbítjuk, a VCI = 5 -ös csatornán. A PT mezőben található még egy torlódás bit is. A CLP mező, a Cell Loss Priority a következőket fejezi ki: Amikor a szerződést megkötik, rögzítik, milyen paraméterekkel fog átvinni a hálózat. Ha a felhasználó nagyobb sebességgel küld adatokat, az ATM rendszer ezt ellenőrzi, és megjelöli a CLP mezőt, hogy torlódás esetén inkább ezeket a csomagokat dobja el a rendszer. A HEC, a Header Error Control kettős feladatot lát el. A HEC nem más, mint az előtte álló 4 octet alapján számolt CRC. Ez 1 bithibát képes javítani, 1 -nél többet pedig jelezni. A HEC tehát hibajavításra is használható, de az ATM -ben ezt használják fel a cellahatárok detektálásához is:

Az   3;   6 SDH esetén,   9 cellaalapú átvitel esetén választással élnek. Hogy a szinkron állandóan megmaradjon, ha nincs adat, az ATM akkor is küld cellákat, ezeket idle cell -nek szoktuk nevezni, általában teljesen egyértelműen vannak kitöltve, csak a fizikai réteg látja őket.

116

B-ISDN referencia modell

A fizikai réteggel kapcsolatosan annyit kell megjegyezni, hogy az ATM független attól, mivel visszük át a cellákat. Lehet akár egy SDH VC-4 -esbe is beilleszteni, átvihető PDH -n is, rövidebb távokon a CAT-5 kábel is szóbajöhet, vagy akár egy WDM technológiás hálózattal is továbbíthatjuk az ATM cellákat. Az ATM réteg Lássuk, milyen rendezések / kapcsolások vannak:

Ezzel a VC/VP koncepcióval minőséget tudunk garantálni, pl. külön forgalmi osztályokat lehet definiálni külön VP -kkel. Így az A és a B csomópont között a következő lehetőségek adódnak az átvitelre:

117

Ezáltal VPN-eket, Virtual Private Network -öket is létrehozhatok. Cella irányítása Ha megvan az útvonal, erőforrásfoglalás következik. Kijelöljük az egyes kapcsolókhoz, mely VC, mely VP hova kapcsolódik. Azaz minden kapcsolónak van be és kimeneti portja: be port ki port VPI VPI VCI VCI Forgalom menedzsment Ez minden, amitől ATM az ATM. Lássuk a forgalmi szerződés paramétereit, az összeköttetés forgalmi leíróit:



forrás forgalmi leírói:  PCR - Peek Cell Rate- cella csúcssebesség [cella/sec]  SCR - Systemable Cell Rate - fenntartható cellasebesség, olyasmi, mint az átlag.  MBS - Maximum Burst Size : maximális börszt méret, legfeljebb hány cellát tudunk küldeni PCR sebességgel. Ha a hálózatban több a buffer, nagyobb börsztöket leszünk képesek kiszolgálni.  MFS - Maximum Frame Size: nagyméretű csomag küldése esetén, ha elveszik egy ATM cella, azt az ATM nem jelzi. Ha hibát észlelünk, az ATM az utána érkezőket eldobja.  MCR - Minimum Cell Rate: Ezt a sebességet fixen lefoglalja nekünk a hálózat.  CDVT - Cell Delay Variation Tolerance  konformancia definíció: hogyan tudjuk megállapítani, megfelel-e a forrás az előírásoknak. Ez lyukas vödörrel van megvalósítva. Tekintsük most át, milyen forrás típusokat különböztetünk meg:  CBR, Constant BitRate (PCR értékkel jellemezhető)  rt-VBR, realtime - VBR (PCR, SCR, MBS)  nrt-VBR, non-realtime (PCR, SCR, MBS)

118



ABR: Available Bit Rate (MCR, PCR) LAN -nak jó, FTP -nek jó. Szabad kapacitás kihasználása: RM cellákat küldözgetünk. Mindíg beírom az RM cellába a szabad kapacitások minimumát az adott útvonalra vonatkozóan. A forrás így mindíg tudja, mekkora a legnagyobb kapacitás. A mecanizmus problémája, hogy hosszú út esetén nagy lehet a körbenjárási idő.  UBR: Unspecified Bitrate: nem jellemezzük, nincsenek elvárásaink. IP -nek például jó.  GFR: Guaranteed Frame Rate (PCR, MCR, MBS, MFS) kialkudandó (idő) nem kialkudható (torlódás)  peak to peak cell delay variation  CER  maximum CTP  SECBR Severally Error Cell Block Rate  Cell Loss Ratio CLR  CMR Cell Missinsertion Rate, ha megkapunk egy cellát, amit nem nekünk küldtek. Forgalom management funkciók   

CAC - Call Admission Control Feedback Controlls - pl. RM Cells Usage Parameter Control: A forrás megszegi - e a szerződést, vagy sem. (Ez is lyukas vödörrel) PCR paraméter: Token -tár mérete meghatározza a maximális börszt méretét, nyilván SCR -t is lehet a tokenek adagolásával szabályozni:

 

CLP: Ha valamely bufferben torlódás van, mely cellákat dobhatjuk el. TS: Traffic Shaping, forgalom formázás, a nagy csúcsokat időben széttoljuk

Ehhez a következő architektúra kell:

119

 

NRM: Network Resource Management: pl. VP rendezés kialakítása Frame Discard: Az egész keretet dobjuk el, ha az egyik egységét eldobtuk

Útvonalválasztás ATM hálózatban 

PNNI (Private Network Node Interface): jó útválasztó módszer, IP -ben, optikában is használják. Egy magáncsomópont hogyan csatlakozhat a hálózathoz. A hálózatot adminisztratív csoportokra osztja

Minden csomópont ismeri a saját hálózatát, ha nem találja a célpontot a saját hálózatában, akkor a Peer Leadernek küldi el az adatot  OSPF algoritmus és BGP-4 - ezeknél a PNNI többet tud. ATM illeszési réteg AAL Eltérő funkciókat ugyanazon hálózat felett valósít meg. Ez egy végtől végig terjedő réteg. Az AAL-1 ... AAL 3/4 -et leginkább a távközlési ipar résztvevői tervezték, és az ITU-T szabványosította a számítógépipar beleszólása nélkül. A számítógépesek egyszerűsítették a 3 / 4 -et, így készült az AAL-5  AAL-0 közvetlen hozzáférés a rakományhoz.  AAL-1 összeköttetés alapú, valós idejű, állandó bitsebességű forgalom továbbítására  AAL-2 összeköttetés alapú, valós idejű, változó bitsebességű forgalomhoz. mAAL (mobile, vagy minicell). A 3G mobilnál az a probléma, hogy a levegős sávszélesség korlátos. Ezért kódolási, tömörítési eljárásokat használnak. Így kis sebességű lesz az információ, de a késleltetés sem lehet nagy. Az AAL-2 több beszédcsatorna adatját gyűjti egy ATM cellába, minden mintához külön kis fejrészt készít.  AAL-3/4 Eredetileg két réteg volt, de hasonlóságuk miatt egybevonták öket. Ez a két réteg: összeköttetés alapú, változó bitsebességű, nem valós idejű, illetve az összeköttetés nélküli, változó bitsebességű, nem valós idejű adatfolyamok.  AAL-5 (az előzőek egyszerűsítése), ez a legelterjedtebb IP forgalom számára, LAN emulációra, FR forgalomnak. Az IP-re egy farokrészt tesz. Az AAL-5 másik neve SEAL (Simple Efficient Adaptation

120

Layer). Ekkor az IP csomagot kiegészíti (PAD -al), hogy mérete 48 egész számú többszöröse legyen, hozzácsap egy 2 octetes hossz mezőt, majd egy 4 octetes CRC -t. Így nem cellánként jelentkezik az overhead. Az ATM 3 területen egyeduralkodó. A 3G -mobilnál - UMTS szállítóhálózatoknál, ADSL hozzáférésnél, IP gerincnek. Az IP gerinc kialakításánál a nagy csomópontok közt közvetlen VP -k vannak, un. védelmi utak. IP kapcsolók alkalmazása a késleltetés és a drágaság miatt nem kifizetődő. IP Over ATM Az érdeklődőknek az Online könyv nyújthat további információt.

Protokoll beágyazás, RFC 1483 Tunnelek, csövek, PVC (Állandó Virtuális Összeköttetés)-k, a 3. és 2. OSI rétegben csatornát létesítünk. Minden, a kommunikációban résztvevő félnek állandó csatornát alakítunk ki. Mivel csak állandó összeköttetéseket alkalmaz, rugalmatlan, nem használja ki az erőforrásokat.

Classical IP Over ATM :RFC 1577, RFC 2225 Ez már kihasználja, hogy az ATM tudja kapcsolni a Virtuális Csatornákat. Az IP csomagok tördelését, illetve ezek újraegyesítését a vételi oldalon az AAL -5 alréteg végzi. Az egész hálózatot felosztjuk LIS -ekre, Logical Ip Subnet - ekre, az ezeken belül lévő számítógépek egymással közvetlenül tudnak kommunikálni. Minden ilyen LIS -en belül van egy címfeloldó szerver, ami hozzárendeli az IP címhez az ATM VC-t, ARP (Address Resolution Protocol) segítségével. Természetesen Cache támogatás is van a lekérdezések gyorsításához. Ha egy A1 állomás szeretne elérni egy A2 állomást, először megnézi, a Cache -ban talál -e A2 IP címéhez ATM VC megfeleltetést, ha nem megkérdi az ARP servert. Az megmondja A2 IP címe alapján, hogy annak mi a VC száma, ezt tudván A1 már tud egy ATM SVC (Switched Virtual Circuit) -t kialakítani A2 felé. Ezzel a megoldással az IP hálózatnak is lehetősége nyílik, hogy ATM által biztosított minőségi követelményeket vállaljon.

LANE v1 Ez nem csak IP -re vonatkozik, hanem bármilyen más LAN technológiára is alkalmazható. Egy ATM hálózaton belül ELAN (Emulated LAN) -okat hozunk létre. Megvalósításához  LEC (Lan Emulation Client) -re  és három modulból álló kiszolgálóra van szükség. A modulok:  LECS (Lan Emulation Configuration Server)  LES (Lan Emulation Server) tagok nyilvántartása és címfeloldás  Az osztott közeg emulálását BUS (Broadcast and Unknown Server) -rel valósítjuk meg. Ez figyel arra, hogy az üzenetek a célpontokhoz lehetőleg a legközelebb többszöröződjenek. Alapvetően kliens -szerver architektúra, az ATM -et MAC -nak látja a LAN.

MPOA Multi Protocol Over ATM

LANE v2 ATM API MPLS Az ATM szerepe döntően az IP forgalom szállítására korlátozódott. Minek akkor két útválasztási módszer, két jelzésrendszer, stb. Helyette ötvözzük a kettőt! Lecseréljük az ATM hardverekben a szoftvert valami egyszerűre. Megőrzi a címkézett cella alpú átvitelt (LSP: Label Switched Path) az ATM -ből, de az útvonalválasztás, és a címzés az IP -t követi. Az LSP-k révén egyenletesebben oszlik el a hálózatban a terhelés, mint egy hagyományos IP hálózatban, így az erőforrásokat jobban ki tudjuk használni. Így nem kell minden egyes csomagnál útvonalat választani, hanem forgalmanként csak egyszer, ezután címkealapú átvitel. A forgalmat gyakorlatilag tölcsérként összefogjuk, VC merge. Ilyenkor fontos figyelni arra, hogy ne keveredjenek össze az IP csomagok.

121

Azért Multiprotocol, mert felette nem csak IP, hanem általánosan beszéd, videó, multimédia, és adatátviteli alkalmazások is egyaránt megvalósíthatóak. Természetesen egy ATM kapcsolón osztozhat egyszerre az ATM és az MPLS.

Optikai Hálózatok Tekintsük át, milyen technológiák alapoztak az üvegszálra. Megemlíthetjük az SDH -t, az FDDI -t, és az ATM et. Ezeket nevezzük első generációs optikai hálózatoknak, hiszen itt csak az átviteli szakasz optikai, a csomópontok, jelfrissítők elektronikusan vannak megvalósítva. Második generációs optikai hálózatok például a WDM -et használók, pl. az akadémiai hálózat, Harmadik generációs hálózatok még nincsenek megvalósítva. Ezeknél már a hálózat kontroll síkja is optikai lesz, a rendezés is optikai úton lesz vezérelve. Eszközök Az optikai szál:

A függőleges tengelyen a csillapítás mértéke nő, a vízszintesen pedig a hullámhossz változik. A II és III. ablak közt lévő "szakadék" a hidroxi -ionok miatt van, kellő technológiával lecsökkenthető, így várható, hogy lassan egybe fognak nyílni. Kezdetben csak az I. ablakban működtek a lézerek, mert csak ebben a tartományban sugárzó diódákat tudtak előállítani. Mára nem akadály, tetszőleges hullámhosszon adó félvezetőket tudnak készíteni. A WDM -et a III -ablakban valósítják meg, lássuk az ITU-T által specifikált hullámhossz -rácsot:

122

Ez végülis a III. ablak nagyítása. Látszik, hogy először elindultak a magasabb frekvenciatartományokba, innen adódtak az 1.. 32 csatornák, majd az alsóbb tartomány irányába született újabb 32 csatorna. Ennek alapján megkülönböztetünk egy alsó (33 -64) és egy felső csatornát (1 - 32). Egy fényvezető szálon belül 1000 db csatorna vihető át. Van amikor a csatornák számának változtatását a frekvencia differenciával állítják be. Ilyen módon vannak 100, 50, 25 és 12,5 GHz- es különbségű rácsok. A gyakorlatban 31 nehány csatornát szoktak megvalósítani. Példaképp hozzuk a Magyarországi akadémiai hálózatot, mely a kiépítésekor világszínvonalúnak számított. Ennek hossza 2000 km, 13 csomópont, +3 csomópont Bp. en, 3 gy űrűből áll, 24 hullámhosszon történik meg az átvitel, 100 GHz -es frekvencia különbségekkel. Az egymódusú szál, melyet az ITU-T a G.652 alatt specifikált, bár létezik nála jobb paraméterekkel létező, a gyakorlatban mégis ez terjedt el. Sötét szálnak azokat az optikai szálakat nevezzük, melyeken nem halad információ. A III. ablakkal az a nagy probléma, hogy igen nagy a diszperió. Erre az alábbi trükköket találták ki:  Negatív diszperziójú szállal egyenlítik ki a diszperzió által okozott eltéréseket, minden hagyományos szakasz után beiktatnak egy ilyen kompenzáló hatású szakaszt:



A másik megoldásnál az átviteli szakasznak megfelelően előtorzítjuk a szálat, így a szál által okozott torzítást kompenzáljuk.

Erősítők 

Most már megoldott a tisztán optikai elven alapuló erősítö. Ennek neve: Erbium Dropped Fiber Amplifier, 3

melybe Er atomok játszák a főszerepet. Gyakorlatilag, ha egy megfelelő hullámhosszak "pumpáljuk" ezeket az atomokat, elektronjaik egy magasabb elektronpályára ugranak. Amikor egy ilyen elektron találkozik egy fotonnal, a fotonnal koherens fotont bocsát ki, és visszaugrik az eredeti pályára.

Ez a működési elv rendkívül hasonlít a lézer működéséhez. Hátránya a spontán emisszió, ami jelen esetben egy nemkívánatos zajt jelent. Előnye viszont, hogy minden jelet az ablakban egyforma mértékben erősít. Ennek a technológiának a megjelenése létszükségletű volt a világméretű optikai hálózatok megjelenésében. Szélesebb sáv erősítésénél több ilyen szerkezetet alkalmaznak párhuzamosan, és az erősíteni kívánt hullámhossz tartományt szennyezéssel állítják be.

123





Egy másik erősítőtípus a SOA (Semiconductor Optical Amplifier), mely ugyanazt valósítja meg, mint az EDTA, csak sziliciummal. Ennek az eszköznek a jellemzői:  nagyobb zaj  kisebb erősítés  viszont gyorsan kapcsolható A harmadik megoldás a Raman effektuson alapul, erről ennyit beszéltünk.

Csatolás A hullámcsatoló a következőképpen néz ki:

Ezzel a csatolóval, a képen is látható módon tetszőleges részét leválaszthatjuk a fénynek, így kisebb ellenőrzéseket csinálhatunk. Kapcsolók, rendezők 

SOA + hullámcsatoló: Egyben erősíthet is:



A másik megoldás, ha elektro - optikai kapcsolókat alkalmazunk. Itt l és d paraméter értékét változtatjuk valmilyen külső vezérléssel.  Például az LiNbO3 változtatja törésmutatóját elektromos tér hatására   



alkalmazhatunk hologramos megoldást A piezoelektromos módszer feszültség hatására a méretét változtatja. Thermooptikai módszernél kis fűtőelemeket helyezünk a parányi lapka alá, és a hőmérséklettel változik az anyag törésmutatója Az újabb technológiák:  MEMS Micro Electromechanical Systems  2D megoldás, hátránya, hogy a kapcsolóelemek száma az (N×(N-1)) képlet alapján változik Ennél a megoldásnál kis tükrök mozdulnak ki a síkból, ezáltal valósul meg a kapcsolás:

124

Ezeket a tükröket mátrixba szervezve megvalósítható a klasszikus kapcsoló.  Létezik 3D megoldás is. Ekkor két szbadságfokú tükröket alkalmaznak.



Ennek előnye a 2D megoldással szemben, hogy az N×(N-1) helyett 2×N tükör szükséges, viszont ezt nehezebb vezérelni, és mivel mechanikus alkatrészeket tartalmaz, nagy precizitást igényel. Bubble Switch: Ennél a megoldásnál egy kapilláris csövön vezetem keresztül a fényt. A csőben lévő folyadékban melegítés hatására buborékok keletkeznek, melyek visszaverik a fénysugarat.

Szűrők A szűrőket a jelek szétválogatására használjuk. Mivel prizma nem jöhet szóba, ezért rácsokat szoktak alkalmazni a hullámhosszak szétválasztására:

125

Hasonlóan jó szolgálatot tehet e célból egy berovátkázott üveg:

Az FP névre hallgató megoldásnál dielektromos reflektorokat alkalmaznak, melyek így ki tudnak irtani bizonyos hullámhosszakat:

A negyedik megoldásnál két lencsefelületben végződő fényszálat több fényszállal kötünk össze. A különböző hosszuságok miatti fáziskülönbséggel szétválaszthatók az egyes hullámhosszok. A megoldás neve AWG (Array Waveguide Gating, tömbös hullámvezető rács:

Ez a legelterjedtebb szűrési módszer, Magyarországon is ezt használják. Optikai hálózatok fejlődése  Kezdetben egy szálon 2 jelet küldtek át, mindegyiket külön ablakban. Nagyon ritka esetekben, rövid távra még két irányú átvitelre is használtak egy szálat.  Az első WDM -eket pont-pont összeköttetésre használták. Eredetileg egy kábelen 12 szál futott. Miután kevésnek bizonyultak, két megoldás adódott:  újabb kábeleket húznak ki  WDM -et alkalmaznak a meglévőkön Olcsósági szempontok miatt érdemesebb az utóbbit választani. Például az SDH színes interfésszel rendelkezik. A WDM-hez a széles sávú jelet egy transzponderrel kell szűk spektrumuvá tenni.  Nem csak pont-pont összeköttetésre használható a WDM, pl létezik OADM, Optical ADM, mely leágaztat hullámhosszakat, az R-OADM ugyanez, csak igény szerinti a leágaztatás (Reconfigurable)  Gyűrűknél két irányban küldhetem az adatot, és megnő a biztonság. Városokat általában gyűrűkkel fedik le.  Szövevényes hálózatok - pl. Országos hálózat szövevényes. Ekkor OTN (Optical Transport Network) A hálózatban hálózatmenedzser által vezérelt OXC-k találhatóak, menedzser központ dönti el, mely útvonalon (hullámhosszon) küldje tovább a beérkező adatokat. Természetesen az adott hullámhossznak szabadnak kell lennie, és az sem árt, hogyha a legrövidebb utat választjuk. Ez a működés hasonlít az SDH működéséhez, hullámhossz bérlés történik. Magyarország esetében mind a 24 csomópont össze van kötve mindegyikkel.  Az ötlet ezután az, hogy próbáljuk meg dinamikussá tenni az előző pontban említetteket. Erre alkalmas például az MP    S , Azaz Multiprotocol Lambda Switching. Itt nem cimkékkel, hanem hullámhosszakkal irányítunk, címkézünk. Ebben a rendszerben O/E/O átalakításokat végzünk:

126

   

Ez egy IETF elképzelés Az ITU-T ASON -ban (Automatic Switched Optical Network) -ben gondolkodik, egy kapcsolófüggetlen jelzésrendszerben. Jelenleg a világ ezen a környéken tart. Fontos elvárás, hogy ne csak dinamikus, hanem többrétegű is legyen, különböző technológiákat rétegeznek. A GMPLS, Generalized MPLS (IETF) egy MPLS általánosítás, jelenleg IP protokollok kibővített változata. A kontroll sík hasonló maradt az MPLS -hez. ASTN (Automatic Switched Transport Network (ITU-T) Itt is egy általánosítás történt. Lássuk a rétegeket:  PSC, Packet Switching Control IP, ATM, MPLS csomagok kapcsolása, aszinkron időosztásos kapcsolás, jellemzően nem optikai.  (L2SC) kapcsolás  TDM - SDH és új generációs SDH  SC - Lambda Switching Capable réteg, erről volt szó  (WBSC) teljes hullámsávot kapcsol, egymáshoz közeli hullámhosszakat  FSC - Fiber Switching Capable

Fejlődés Optikai Börszt kapcsolás, OBS (Optical Burst Switching) A hálózat határán börszt összegyűjtést, börszt assembly -t végzünk, az egy irányba menő csomagokat gyűjtjük. A börszt küldése előtt egy optikai fejrészt küldünk egy kontroll hullámhosszon. Ekkor hullámhosszat és időrést választunk. Ha nem jó a választás:  más hullámhosszt választunk  Esetleg kerülő útvonalat  Puffereljük a jelet ( Ez az optikai tartományban eléggé nehéz) OPS, Optical Packet Switching. Minden csomag fejrészes. Fejrész és csomag közt időt hagyunk ki, GT, Guard Time.

Blokkvázlat szinten pedig a következőképp fest a rendszer:

127

Ennél a megoldásnál az a törekvés, hogy ne kelljen az Optikai / Elektromos átalakítást elvégezni, minden legyen az optikai tartományban. A jövő a kvantum számítógép, mely mindent foton szinten valósít meg

128

8. Távközlési szoftverek Jellemzők Ezek a jellemzők nagyon fontosak, esetleg vizsgán is kérdezhetik.  Erősen beágyazott rendszerek, erős interakció a hardverelemekkel. Meg kell említeni, mik a hw - sw arányok. Nehéz erre számot mondani, de a hw:sw arány 10%:90%, azaz nagyon nagy hangsúly van a szoftveren.  Mindig valós idejű rendszerekről van szó, üzeneteket és időzítőket, timereket várunk, ezekre a rendszer mindig válaszol. Tehát szigorú időzítések vannak, minden elküldött üzenetre adott időn belül választ várunk, és az ujrapróbálkozások száma is véges, stimulus response jellegű kommunikáció.  Erősen párhuzamos és elosztott működés, a kooperáció jellemző.  Implementációs vonatkozások: legyen az implementáció precíz, FDL (Formal Description Languge) -n alapuljon. Példaképp tárgyaljuk majd a későbbiek során az SDL (Specification and Description Language) nyelvet, melyben az ITU-T és az ETSI keze nyoma is megtalálható. Ezen nyelv háttere a CEFSM (Communicating Extended State Machines) -ek világa, hiszen a sima véges autómata (FSM) nem elégséges a távközlési szoftverhez, kell, hogy kiterjesszük (Extended legyen), azaz belső változók legyenek az autómatákban. Természetesen a kommunikáció is szükséges. További nyelvéként említjük a LOTOS -t, mely egy ISO ajánlás. Ez egy temporális logikán alapuló leíró nyelv, eléggé matematikai jellegű. Ugyancsak ISO ajánlás az ESTELLE, mely precízebb leírás készítését teszi lehetővé, mint az SDL, mégis inkább az SDL -t használják. Az Estelle is CEFSM -ekre épül. Az SDL -ből Tool -ok segítségével (SDT) automatikusan tudunk kódot generálni  Nagy méretű szoftverekről van szó, melyek elosztottak. Nyelvek: FORTRAN, ALGOL, COBOL, PL1, PASCAL, de manapság ami használt : C, C++, Java. Meg kell említeni, hogy a C az AT&T Bell labor terméke, hiszen a telefonközpontokhoz komoly szoftver kell. Az Operációs rendszerek közül a UNIX is a Bell Laborból származik. SDL Az SDL -nek két változata van. Egy programnyelvi (PR), és egy grafikus alapú (GR). Természetesen a grafikus változat nagyobb népszerűségnek örvend. Meg kell említeni, hogy a grafikus változat is előbb utóbb programnyelvre fordul le, mely LL(1), LR(1) elemzőkkel, parserekkel dolgozható fel. Az SDL erős szimbiózisban él az MSC (Message Sequence Chart) diagramokkal. Az SDL rokon az UML -el is, csak az UML eggyel magasabb szinten írja le a rendszert. Együttes használatuk során indítunk UML -ből, majd finomítások sorozatával eljutunk az SDL -hez. Meg kell említeni, hogy az SDL rokon a TTCN -el és az ASN.1 -el is. Az SDL nyelvő specifikációból a már említett SDT -k segítségével C, C++, Java nyelvű implementációt készíthetünk. A specifikáció során elvégzendő lépések: verifikáció, validáció. Az implementációval kapcsolatos a kódoptimalizálás, tesztelés. Az InRes rendszer Az SDL nyelv alapjait az InRes protokolon keresztül mutatjuk meg. Az InRes egy nemzetközi szabvány, egy állatorvosi ló. Az Inres Protokol SDL -ben 3 blokkból áll (struktúráról később):

129

Az InRes egy kapcsolatorientált információátviteli rendszer. A közeg jelen esetben egy megbízhatatlan átviteli közeg. (Ha megbízhatót tételeznénk fel, nem sokban térne el a modell) Kapcsolatfelépítés Egy kapcsolatfelépítést mutat be a következő MSC (Message Sequence Chart). Az MSC egy szabványos ábrázolási mód, de nem olyan precíz, hogy az alapján implementálni lehetne.

Az ICON jelentése: Initiator Connection. Az ábra felső részén látható, hogy az A user kapcsolatfelvételi kéréssel fordul a szolgáltatáshoz. Erre az InRes jelzi ezt a szándékot a B usernek, mely elfogadja azt. Az ábra alsó részén látható a visszautasítás, vagy a kapcsolatbontás.

130

Information Transfer

Disconnect A kapcsolatbontás mindíg a válaszoló féltől érkezik (mint pl. TeleFAX)

Az áramló PDU-k learása: CR- Connection Request CC- Connection Confirm DR- Disconnect Request AK- Aknowledgement InRes mint rendszer, blokk, process Az SDL egy top-down leíró nyelv. A leírandó objektumokat rendszerként tekintjük. Az SDL Systemet felbontja nem korlátozott, de véges számú blokkra, így egy többrétegű leírást nyerünk. A processek írják le mindíg a viselkedést (CEFSM)

A következő blokkvázlatban a lecsapott sarkú téglalapok jelentik a processeket, a többi a blokkokat (kivéve a megjegyzések téglalapjait.

131

A processek közti kommunikáció un. Signal Route -okon zajlik, míg blokkok között channel -eken. Egy channel kétféle lehet, késleltetéses, vagy késleltetés nélküli. Grafikusan úgy vannak megkülönböztetve, hogy a késleltetés nélkülinél a nyíl végepontosan a vonal végénél van, míg késleltetéses channel esetén előbb van a nyíl, mint a vonal vége.

Processek leírása A processek dinamikusan létrehozható objektumok. Az Initiator(1,1) jelölés azt jelenti, hogy a rendszer kezdeti állapotában 1 példány van az Initiator processb ől, és a rendszer élete során is maximum 1 lesz. Ezzel szemben a Initiator(0, ) , Ahol a második argumentum egy space. Azt jelenti, hogy a kezdeti állapotban 0 példány található az Initiatorból, ellenben a rendszer futása során nincs maximalizálva a példányok száma. Most tekintsük a processek kommunikációját. Minden processnek van egyetlen bemeneti sora, ebbe pakolják bele az üzeneteket. Ez egy FIFO kezelésű tár. A sor hosszának nincsen felső korlátja. Amennyiben a process saját magának küld valami jelet (tipikusan időzítő), akkor a saját bemeneti sorába helyez el egy bejegyzést.

132

Process Initiator Most tekintsük át az Initiator process leírását:

133

134

Process Responder Mely eléggé passzív szerepet vállal

135

136

Process Coder_ini

CORBA - rövid áttekintés A CORBA (Common Object Request Broker Architekture) egy fejlesztési metodológia az elosztott távközlési szoftverek fejlesztéséhez.

137

A CORBA architektúrája

Az IDL Interface Definition Language-t jelent, Stub csonkot, skeleton szerkezetet.  A CORBA egy általános célú objektumorientált szabvány, elosztott rendszerek fejlesztéséhez  A kliensen és a szerveren futó programok akár különböző programnyelveken is készülhetnek  Ahhoz, hogy a felhasználó elérje a szerveren definiált objektumokat, IDL -re van szükség, amely felülemelkedik a programnyelveken.  Az ORB  összeköt a téglalap alakú dolgokat, biztosítja a kommunikációt a kliens és a szerver között egy elosztott környezetben. Ennek a kommunikációnak a protokollja General Interorb Protocol. Ez egy protokoll család, pl az IIOP nem más, mint az Internet InterOrb Protocol, mely TCP/IP feletti.  Felismeri és azonosítja a kliens kéréseket, ennek megfelelően azonosítja a szerver objektumokat, és aktiválja azokat. Több ORB implementáció létezik, ezek egymás közti kommunikációja is megengedett. Ez hasonlít az RPC hez (Remote Procedure Call) ebben az értelemben. Az ORB közvetít az elosztott objektumok között, mivel a kliens a szerver helyét, implementációját, operációs rendszerét nem tudja. A kliens az IDL segítségével kommunikál az objektum interfészével. ORB services    

Az objektum lokalizációjának kezelése Biztosítja az ORB az objektum implementációjának transzparenciáját, nem tudjuk, milyen programozási nyelven, milyen platformon készült. Objektum állapot transzparencia: semmit nem tudunk az objektum állapotairól. Objektum kommunikációs mechanizmus

IDL   

Hasonlít a C++ -hoz Az Objektum interfészt deklarálja nyelvfüggetlen deklarációt biztosít

DII Dynamic Invocation Interface  Ha az objektum rendelkezésre áll a server oldalon, abból a kliensoldali stub -ok kinyerését támogatja Interface repository  Run-time adatbázis a szerver oldali objektumok IDL definícióját tartalmazza Object adapter A szerver oldali objektumok többfélék lehetnek, .exe, .java, adatbázis definícióval megadott objektumok. Az Object Adapter feladata a szerver oldali objektumok elindítása, karbantartása, eltakarja az ORB felé a részleteket. Skeleton a server oldalon A szerver oldali objektumok / implementációk hívására vonatkozólag nyújt támogatást.

138

Implementation repository A szerver oldali implementációk tárolása. ASN.1, TTCN Ehhez az anyagrészhez Ziegler Gábor weblapján lehet fóliákat találni: http://leda.ttt.bme.hu/~ziegler/TavkHal

139