Dr.Varga Péter János
6.ea
HÍRKÖZLÉSTECHNIKA
2
Hálózatok
Hálózatok osztályozása 3
Hírközlési hálózatok Műsorszóró hálózatok Műsor Közvetlen Műsor elosztó szétosztó műsorszórás
Információközlő és kapcsoló hálózatok Távközlő hálózatok
Számítógépes hálózatok
4
Számítógépes hálózatok
Definíció 5
számítógépek és a hozzájuk kötődő eszközök meghatározott szabályok (protokoll) szerint együttműködő, összekapcsolt rendszere. (Magyar Nagylexikon 16.)
Hálózat – erőforrás-megosztás 6
Erőforrás-megosztás - Az egész rendszer kiváltképp rugalmas, hiszen a feldolgozási kapacitás újabb számítógépek csatlakoztatásával növelhető, az hálózati erőforrások azonnal megoszthatók (nyomtató, tárterület - adatok, program stb.)
Hálózat – költségtakarékosság 7
Költségkímélő - gazdaságilag előnyös, ugyanis a rendszer kiépítésekor és üzemeltetésekor (erőforrásmegosztás, kommunikáció költsége...) is takarékosabb megoldást jelent az önálló számítógépek helyett.
8
Hálózat – osztott munkavégzés 9
A számítógépek közötti kommunikáció segítségével a velük dolgozó emberek is képesek közvetlen vagy közvetett (levél) kommunikációra és lehetőség van az osztott munkavégzésre.
Hálózat – adatbiztonság 10
Az adatbiztonság jobb lehet hálózaton keresztül, hiszen így egyetlen szakember felügyelheti a rendszert, aki naprakészen alkalmazhatja az adatok biztonságos tárolását biztosító lehetőségeket.
Számítógépes hálózatok csoportosítása 11
Gépek feladata szerint Kiterjedés (méret) szerint Nyilvánosság szerint Az adatátvitel sebessége szerint Átviteli közeg szerint Topológia szerint Adattovábbítás módja szerint
Gépek feladata szerint 12
Kliens-szerver hálózatok
Peer to peer
Kiterjedés (méret) szerint 13
LAN (Local Area Network) - helyi (lokális) hálózat lehet egy irodában, egy épületben, egy intézmény különböző épületeiben (peer to peer hálózat is) MAN (Metropolitan Area Network) - nagyvárosi hálózat egy városra vagy egy régióra (kistérség) kiterjedő hálózat WAN (Wide Area Network) - nagy kiterjedésű hálózat a távolsági hálózat országot, földrészt fedhet le GAN (Global Area Network) – világhálózat az egész világra kiterjedő, a teljes Földet behálózó, világméretű hálózat pl.: internet
Nyilvánosság szerint 14
Nyitott rendszerek
Zárt rendszerek
Adatátvitel sebessége szerint 15
A másodpercenkénti adatmennyiség továbbítása (sávszélesség kifejezés) alapján: bit/másodperc kilobit/másodperc megabit/másodperc gigabit/másodperc
bps Kbps Mbps Gbps
Adatátviteli közeg szerint 16
Vezetékes Koaxiális kábel Sodrott érpár STP, árnyékolt UTP, árnyékolatlan
Optikai kábel Vezeték nélküli rádiós infravörös fény lézer fény
Topológia szerint 17
Pont-pont: egy kommunikációs csatorna csak két gépet köt össze. Biztonságos, de kiépítése költséges. Üzenetszórásos: a hostok közös kommunikációs csatornát használnak. Az adó üzenetét mindenki megkapja, de csak a címzett olvassa el. Ha a csatorna meghibásodik, akkor az egész hálózat működésképtelen lehet.
Pont-pont topológiák 18
Csillag
Teljes (részleges)
Gyűrű Fa
Üzenetszórásos topológiák 19
Sín
Rádiós Gyűrű
Adattovábbítás szerint 20
Vonalkapcsolt Üzenetkapcsolt Csomagkapcsolt
21
Távközlő hálózatok
Távközlés története Magyarországon 22
1939-ig Telefonhírmondó, … 1938 – 10%-os telefonellátottság
1945-1990-ig Szolgáltatások lassú fejlődése 1990 – 10% telefonellátottság
1990-2000-ig Rohamos fejlődés (mobil, szoftver, hardver,…)
2000-től
Távközlési hálózat elemei 23
Használói végpont
Hozzáférési pontok
Hálózati csomópont
Használói végpont
Hálózati végződés
Hálózati végződés
Jelzésátvitel Üzenetátvitel Alkalmazások Használói és hálózat hozzáférési pont között – hozzáférési hálózat (access network) Hálózati csomópontok és közöttük létesített hálózat – maghálózat (core network)
Hálózati Topológiák (1) 24
• Szövevényes (mesh) Trönk áramkörök • Részlegesen szövevényes
Hátránya: - költséges - összeköttetések száma Előnye: - redundáns - hibatűrő - takarékosabb - redundáns - hibatűrő
• Gyűrű topológia - nagy sebességű - takarékos - redundáns
Hálózati topológiák (2) 25
• Hierarchikus - takarékos - redundancia mentes • Tandem összeköttetésű - takarékos - redundáns - nagyforgalmi pontok között • Haránt összeköttetés
Távbeszélő hálózat felépítése Nemzetközi irányok Szekunder sík
Primer sík
Topológia: - szövevényes
Tandem
Tandem
Topológia: - hierarchikus - „haránt” - „tandem”
Hozzáférési hálózat
26
Nemzetközi központok (2 darab) Szövevényes hálózat
27
Szekunder központok (9 darab)
Primer központok (45 darab)
Helyi központok
Gyűrűs hálózat Gyűrűs, vagy fa topológia
Kihelyezett fokozat Előfizetők Fa hálózati topológia
Magyarországi hálózat 28
A budapesti hálózat 29
Szolgáltatási területek Magyarországon 30
PSTN - Public Switched Telephone Network 31
PSTN - kapcsolt közcélú hálózat A telefonhálózatokat korábban tervezték, kizárólag beszédátvitelre 1876 – Graham Bell feltalálja a telefont Pár órával Elisha Gray előtt
Készüléket lehetett vásárolni, a vezetéket a felhasználónak kellett kihúznia Minden felhasználó-pár között egy külön vezeték Egy év alatt a városokat behálózták a vezetékek
PSTN - Public Switched Telephone Network 32
PSTN 33
A
A
Központ
Gerinchálózat
A
Központ
A
Áramkörkapcsolás elve 34
áramkör nyaláb (trönk) E1
A
E4
1.
A
2.
E2
E5
A
k.
E3
E6
Fizikai összeköttetés
Telefonközpont
Telefonközpont
Jellemzők: áramkör lefoglalás (pl. E1-A1-E6) hívás felépítés bontás alapsávi hang és kép/adatátvitel (0,3÷3,4 kHz)
Híváskezelés 35
E1
k1
E1
k1
k2
E2
k2
E2
Hurokzárás T-hang Digitek Csengetés
Hurokzárás jelzése (számlázás) Beszélgetés
Bontási jelzések
Hurokzárás
Tárcsázás 36
Impulzus, tone (DTMF)
37
Digitális hangátvitel 38
D/A
A/D
A
P C M
D
Központ
GerincGerinchálózat hálózat
D
P C M
Központ
A
Dial-up hozzáférés 39
„Betárcsázós internet” A computerek digitális információi analóg jellé alakíthatóak, és átvihetőek a hagyományos telefonhálózaton „Modem” – modulator-demodulator Amplitúdó moduláció Frekvencia moduláció Fázis moduláció
40
Dial-up hozzáférés 41
A/D
A
A
P C M
Központ A
D/A
D
Gerinchálózat
D
P C M
Központ
A
A
A
Modem D/A
D
D
PC PC
Modem szabványok 42
ITU-T V.22 – 1200 bps ITU-T V.22bis – 2400 bps ITU-T V.32 – 9600 bps (1984) ITU-T V.32bis – 14.4 Kbps (1991) ITU-T V.34 – 28.8 Kbps ITU-T V.34bis – 33.6 Kbps (1994) ITU-T V.90 – 56.6 Kbps downstream, 33.6 Kbps upstream (1996) ITU-T V.92 – 56.6 Kbps downstream, 48 Kbps upstream
ISDN 43
Integrated Services Digital Network Digitális hang- és adatátvitelre alkalmas technológia Digitális Helyi Központ
PCM
Digitális Helyi Központ
Digitális összeköttetés
Alaphozzáférés (Basic Rate Access – BRA) BRA – 2B+D ( B = 64 kbit/s beszéd/adat, D = 16 kbit/s jelzés/adat)
Primer hozzáférés (PRA)
ISDN 44
Integrated Services – többféle szolgáltatás Hang, video, adatátvitel
Végponttól végpontig digitális átvitel A beszédkódoló a telefonkészülékbe van beépítve Jobb minőségű átvitel, nincs konverzió
Ugyanazon a sodrott érpáron megy a jel keresztül Ez fontos a gazdaságosság miatt Csak a készüléket kell lecserélni, a vezetéket nem
Az első kereskedelmi ISDN hálózat 1987-ben Lassan terjedt el, és mire betört volna, a kapacitása sokak számára már kevés volt Az otthoni Internet elterjedésével fellendült Az ezredfordulón az ISDN volt a legjobb technológia netezésre Ma a szélessávú technológiák (xDSL, kábel) miatt teret vesztett
ISDN - Interfész jellemzők 45
BRA – 2B+D ( B = 64 kbit/s beszéd/adat, D = 16 kbit/s jelzés/adat) PRA – 30B+D (B = 64 kbit/s, D = 64 kbit/s) jellemzők
BRA
PRA
konfigurációk
Pont - pont Pont- több pont
Pont-pont
Vonali kód
„S” interfészen módosított AMI
„U” interfészen HDB3 / AMI
Jel sebesség
192 kbit/s
2048 kbit/sec
impedancia
Szimmetrikus 100 Ω
Koax 75 Ω / szimm. 120 Ω
Impulzus amplitudó
750 mV
2,37 V/ 3 V
ISDN hozzáférés referencia modell 46
Alaphozzáférés (Basic Rate Access – BRA)
TE#1
S
NT2
U
ET
LT V
TE#2 R •
NT1
TA
NT = Network Termination TA = Terminal Adapter Helyi központ
Primer hozzáférés (PRA) S
NT2
NT1 U
R
TA
ISPBX
TE = Terminal Equipment
ET
LT V
ET = Exchange Termination LT = Line Termination
47
Hozzáférési hálózatok – xDSL 48
Telefonos ipar – 56 Kbps (2000-ben) Kábeltévé ipar – 10Mbps osztott kábeleken Műholdas cégek – 50 Mbps ajánlatok Lépni kellett az internetezők megtartása érdekében
Megjelenik a „szélessávú” (broadband) hozzáférés Inkább reklám mint valóság Nem egyértelmű mit értünk szélessávon
xDSL – különféle DSL változatok
Hozzáférési hálózatok – ADSL 49
ADSL – Asymmetrical Digital Subscriber Line Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal Használói vonalon: beszéd adatátvitel PSTN/ ISDN Használói végződés
ADSL
DSLAM Access Network
ATM
Hozzáférési hálózatok – ADSL 50
Hozzáférési hálózatok – ADSL 51
Repeater Regenerátor
Business
Visszaállítja a jelet Regenerator
Erősítő Felerősíti a jelet
Deployment w/o Repeaters Deployment w/ Repeaters
ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig
Regenerator Service Provider
Consumer
Regenerator
Government & Education
Hozzáférési hálózatok – ADSL 52
Paraméterek (példa) Maximális leltöltési sebesség Maximális feltöltési sebesség Garantált leltöltési sebesség Garantált feltöltési sebesség
18 Mbit/s 1,5 Mbit/s 6 Mbit/s 0,5 Mbit/s
Hozzáférési hálózatok – SDSL 53
SDSL – Symmetric Digital Subscriber Line Szimmetrikus digitális előfizetői vonal n x 64 kbit/s átvitelére vonali sebesség k x 384 kBaud egy érpáron áthidalható távolság: 2 ÷ 4 km (regenerálás nélkül) n x 64 kbit/s SDSL
SDSL
n x 64 kbit/s
Hozzáférési hálózatok – SDSL 54
Paraméterek (példa) Maximális leltöltési sebesség Maximális feltöltési sebesség Garantált leltöltési sebesség Garantált feltöltési sebesség
2 Mbit/s 2 Mbit/s 1 Mbit/s 1 Mbit/s
Hozzáférési hálózatok – HDSL 55
HDSL – High bit rate Digital Subscriber Line 2 Mbit/s- os adatátvitelre regenerálás nélkül 2-4 km között, egy érpáron (regenerálás nélkül) 2 Mbit/s
2 Mbit/s HDSL
vonali sebesség 1160kBaud
HDSL
Hozzáférési hálózatok – VDSL 56
HDSL (High bit-rate DSL) – ITU-T G.991.1 (1998) VDSL (Very-high-data-rate DSL) - ITU-T G.993.1 (2004) Lényegesen nagyobb sebességű adatátvitel kis távolságokon 52 Mbit/s downstream,16 Mbit/s upstream Lehet szimmetrikus is (26-26 Mbit/s)
12 MHz sávszélesség Max. 1 km hatótávolság Inkább 300 méter
Hozzáférési hálózatok – VDSL 57
szolgáltató
DownStream
Optikai illesztő egység
VDSL
Távolság
12,96…13,8 Mbps – 1500m 25,92…27,6 Mbps – 1000m 51,84…55,2 Mbps – 800m
sodrott érpár VDSL elosztó
Interaktív TV
Upstream Downstream
UpStream
sodrott érpár koax kábel
1,6…2,3 Mbps 19,2 Mbps (egyenlő a Downstreammel)
Hozzáférési hálózatok – VDSL 58
Sávszélesség - Távolság 59
100
Sávszélesség [Mbit/s]
Kifejezetten rövid hurkos alkalmazásokra
60
Túl kicsi sávszél több (3) HDTV csatornához 20
Túl kicsi sávszél Triple–Play alkalmazásokhoz
8 2
ADSL 1 km
2 km
3 km
4 km
5 km
Távolság
60
Kábeltelevíziós hálózatok
A frekvenciasáv felosztása 61
5
65
87,5
RETURN PATH VISSZA IRÁNYÚ SÁV
5
16,1
HKR rádiósáv 87,5
108
átm
862
MHz
65
MHz
FORWARD PATH ELŐFIZETŐI IRÁNYÚ SÁV
17,5
48,5
adatátvitelre felhasználható sáv 300/302
FM rádiósáv analóg KTV sáv
RI TV csatorna
450/470
hipersáv
56,5
62
adatátv
átm
750
UHF sáv
A FREKVENCIASÁV FELOSZTÁSA
862
UHF sáv
MHz
Tipikus házhálózati struktúrák 62
Erősítő és elosztó 63
Előfizetői csatlakozók 64
Hálózat felépítése 65
IPTV szolgáltatás az interneten keresztül 66
67
FTTX hálózatok
FTTX = Fiber To The X X=Something 68
FTTx – Fiber To The x – Fényvezető szállal a/az FTTB – Fiber To The Building - épületig FTTC – Fiber To The Curb - járdáig FTTD – Fiber To The Desk – asztalig FTTE – Fiber To The Enclosure - kerítésig FTTH – Fiber To The Home - lakásig FTTN – Fiber To The Neighborhood - környékig FTTO – Fiber To The Office - irodáig FTTP – Fiber To The Premises – helyiség/épületig FTTU – Fiber To The User - felhasználóig
FTTx példák
FTTx előnyei Nagy adatátvitel akár nagy távolságra is Könnyen feljavítható / bővíthető Alacsony üzemeltetési költség Nem zavarja az elektromos interferencia
Az FTTX-hálózat nagysága 71
Felhasználó és a csomópont közti távolság lehet 10m és 10km között. Az FTTX-hálózat 100m és 2000m között változik az esetek többségében.
FTTH hálózat építő elemei 72
73
74
Jelátalakítók
Jelátalakítók 75
Az információt továbbító jeleket Pl.: – hanghullámok – vizuálisan értékelhető események stb. ahhoz, hogy tárolni, továbbítani tudjuk, elektromos jelekké kell konvertálnunk. Azokat az eszközöket, melyek különböző fizikai jeleket elektromos jelekké alakítanak, ill. visszaalakítanak jelátalakítóknak nevezzük.
Híradástechnikában alkalmazott legfontosabb jelátalakítók 76
Akusztikai jelátalakítók: Mikrofonok Hangszórók Vizuális jelátalakítók: Kamerák, képfelvevő csövek, CCD-k Képcsövek, LCD-k, Plazma megjelenítők
Mikrofonok 77
Hangfrekvenciás tartományban a levegő nyomásváltozását érzékelő eszköz Hanghullámokat elektromos jellé alakítja Típusai (legfontosabb): Szénmikrofon Dinamikus mikrofon Kondenzátor mikrofon Elektrét mikrofon Piezoelektromos
Szénmikrofon 78
A gerjesztő hangnyomás mozgásra készteti a fém membránt. A fém kosár felé elmozduló membrán zömíti a kitöltő szén töltőanyagot, míg a távolodó csökkenti annak zömítettségét -> ellenállás változás
Dinamikus mikrofon 79
A membrán elmozdulása hatására a lengő tekercs elmozdul az állandó mágnes által gerjesztett mágneses térben. A lengőtekercsben (mint erőkarokat metsző vezetőben) áram indukálódik. Az indukált áram arányos a gerjesztő hangnyomással.
Kondenzátor mikrofon 80
A hangnyomás hatására az egyik fegyverzet elmozdul, így közelebb, illetve távolabb kerül a másiktól (vagyis változik a „d”). A változás kapacitásváltozást jelent. Q=U·C A kapacitás változás nem más, mint a töltés tároló képesség változás, vagyis az R ellenálláson töltő vagy kisütő áram indul meg. Ez az áram arányos a gerjesztő hangnyomással.
Kondenzátor mikrofon 81
Kapacitás : C = ε ⋅
A d
Piezoelektromos mikrofon 82
Egy megfelelő kristálysík mentén elvágott kvarc kristály korongból alakítják ki. A működés alapelve a piezoelektromos hatásbon alapul. A kristály a deformáció esetén polarizációs töltöttséget jelenít meg. A töltések elvezetéséhez a kristályra fémgőzöléssel (vákuumgőzölés) két érintkezőt gőzölnek (pl. aranyréteg)
Hangszórók 83
Elektromos jeleket hangnyomássá konvertáló eszközök. Legfontosabb típusai: Dinamikus hangszóró Piezo v. kristályhangszóró Kondenzátor hangszóró
Dinamikus hangszóró 84
Dinamikus mikrofon „inverz” működése
Piezoelektromos hangszóró 85
Elektrosztrikció jelenségét használja ki, miszerint: bizonyos kristályok alakja megváltozik, ha bizonyos pontjaira elektromos feszültséget vezetünk.
Kondenzátor hangszóró 86
A mozgó fegyverzet fémréteggel bevont vékony dielektrikum (általában műanyag), míg az álló fegyverzet egy perforált lemez.
Hangfalak, hangdobozok 87
Zárt hangdoboz:
Reflex dobozok:
88
Vizuális jelátalakítók 89
Kamerák CCD CMOS
CCD 90
Charge coupled device Magyarul: töltéscsatlakozású képalkotó eszköz Félvezető lapkán „képpontoknak” megfelelő „szigeteket” alakítanak ki, melyeken a pillanatnyilag tárolt töltés arányos a képpontra jutó fény intenzitással. A színes kép érzékelését színszűrőkkel oldják meg.
CCD 91
Elkülönített fotószenzorok szabályos elrendezésben Töltés csatolt eszköz (CCDs) Terület CCD-k és lineáris CCD-k 2 terület típus: interline transfer és frame transfer fotóérzékeny tárolás
CCD 92
93
CMOS 94
Ugyanolyan szenzorelemek, mint CCD-nél Minden fotószenzornak saját erősítője van Több zaj esetén (redukálás ‘fekete’ kép kivonásával) Alacsonyabb érzékenység
Standard CMOS technológiát használ Más komponensek is lehetnek a chipen ‘Smart’ pixels
CMOS 95
CCD és CMOS 96
Régebbi technológia Különleges technológia Magas gyártási költség Magasabb teljesítményfelvétel Magasabb kitöltési tényező Soros kiolvasás
Aktuális technológia Standard IC technológia Olcsó Alacsonyabb fogyasztás Kevésbé érzékeny Pixelenkénti erősítés Véletlen pixel hozzáférés Chip-en integrált más komponensekkel
97
Forrás 98
Lukács-Mágel-Wührl: Híradástechnika I. (prezentáció) Lukács-Wührl: Híradástechnika I. (könyv) Németh Krisztián: Távközlő rendszerek áttekintése
