Infokommunikációs rendszerek
1.ea
Dr.Varga Péter János
Elérhetőségek 2
Dr.Varga Péter János e-mail:
[email protected] Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Híradástechnika Intézet Telefon: +36 (1) 666-5140 Cím: 1084 Budapest, Tavaszmező u. 17. C ép. 508 WEB: www.vpj.hu
Ajánlott irodalom 3
HTE online könyve: Távközlő hálózatok és informatikai szolgáltatások Link: http://regi.hte.hu/online_konyv Könyv címe
Jegyzetszám
Szerzők
Híradástechnika I. (prezentáció)
2046
Lukács-Mágel-Wührl
OE KVK 2090
Lukács-Wührl
Híradástechnika I. (könyv)
Számonkérés 4
Követelmény típus:
Évközi jegy
Osztályzatok - 60% :
1
61-70%: 71-80%: 81-90%: 91-100%:
2 3 4 5
Számonkérés 5
Utolsó alkalommal ZH (2014.05.03.) A pótlás módja: A hiányzás miatt meg nem írt és az elégtelen zárthelyi szorgalmi időszakban 1 alkalommal, előre megbeszélt időpontban pótolható,javítható. Szorgalmi időszakon kívül a zárthelyik javítása, az évközi jegy pótlása, javítása a TVSZ előírásai szerint lehetséges.
Infokommunikációs rendszerek 6
Infokommunikációs rendszerek Távközlő hálózatok
Informatikai hálózatok
Műholdas hálózatok Mobiltelefon hálózatok
Műsorszétosztó hálózatok Műsorelosztó hálózatok Technológiai hálózatok
7
8
9
10
11
Hálózatok fogalma 12
A fizikai hálózatok különféle információ típusok külön-külön vagy integrált átvitelére szolgálnak Pl: beszéd, hang, dokumentum, szöveges vagy multimédia üzenet, mozgókép, adat,…
Hálózatok fogalma 13
Az átvitt információ típusoknak megfelelően különféle hálózatok alakultak ki, amelyek különféle forgalmi szolgáltatásokat nyújtanak. A különféle szolgáltatásokat nyújtó hálózatok gyakorlati megvalósításuk során részben közös elemekre épülhetnek, de a nyújtott szolgáltatásuk alapján elvileg külön-külön értelmezhetők.
Hálózatok kapcsolatai 14
Hálózatok egyenrangúan és/vagy hierarchikusan kapcsolhatók össze. Hálózatok megkülönböztetése technológiájukban területükben igazgatási üzemeltetési egységükben
Egyenrangú hálózatok 15
Egyenrangúan együttműködő hálózatokról akkor beszélünk, ha az elemi hálózatok csak hordozó szolgáltatást nyújtanak.
Hierarchikus hálózatok 16
Hierarchikusan együttműködő hálózatokról akkor beszélünk, ha a hordozó hálózat hordozó szolgáltatást nyújt egy másik, hordozó ráépített hálózat számára. Hálózatok többszörösen is egymásra építhetők, amelyek így hálózati rétegeket alkotnak.
Az információ továbbítás célja, modellje 17
Információ forrása
Üzenet Kódoló
Hír Adó
Jel Kommunikációs csatorna
Jel Vevő
Hír Dekódoló
Üzenet Információ felhasználása
Zaj
Az információ továbbítás célja, modellje 18
Üzenet: Továbbításra szánt adathalmaz Hír: Időfüggvénnyé alakított üzenet Jel: A hír elektromos mása Zaj: Minden egyéb, amely az előzőek mellett nem kívánatos jelenségként fellép
Cél: VETT ÜZENET = KÜLDÖTT ÜZENET
19
Mi lehet az üzenet ? 20
Beszéd Zene Szöveg Állókép Mozgókép Adat
Jelek 21
A jel fogalma: A fizikai mennyiség olyan érteke vagy értékváltozása, amely egy egyértelműen hozzárendelt információt hordoz A jel információtartalommal bír Matematikai függvények x ∈ Df : értelmezesi tartomány y ∈ Rf : értékkészlet
Jelek felosztása 22
értékkészlet szerint lefolyás szerint az információ megjelenési formája szerint az érték meghatározottsága szerint
Jelek értelmezési tartománya és értékkészlete 23
Jelek grafikus ábrázolása 24
A kommunikációban használt fontosabb fogalmak 25
A sávszélesség A sávszélesség az a frekvenciatartomány, amelyben az áramkör használható. A sávszélességet az f2-f1 különbséggel definiáljuk, ahol f1 az alsó és f2 az ún. felső határfrekvancia. Ezekben a pontokban a kimenő jel a maximális érték felére esik vissza.
BW=f2-f1
A kommunikációban használt fontosabb fogalmak 26
A csillapítás Ha valamely elektronikus alkatrész, vagy adatátviteli összeköttetés kimenetén a jel amplitúdója kisebb, mint a bemenetére adott jelé, azt mondjuk, hogy csillapítás lépett fel. Definíció szerint a csillapítás a kimenő és a bemenő teljesítmény hányadosa.
A kommunikációban használt fontosabb fogalmak 27
A decibel-skála A csillapítást decibelben szokás megadni. A decibelskála két teljesítmény arányának (P1/P2) logaritmikus skálán való kifejezése
A kommunikációban használt fontosabb fogalmak 28
A kommunikációban használt fontosabb fogalmak 29
A zaj és a jel/zaj viszonyszám Minden olyan jelet, ami nem része az információnak, a kommunikációs összeköttetésben zajnak tekintünk. Az áramkör, vagy berendezés kimenetén és bemenetén mérhető jel/zaj hányados a rendszer zajosságára jellemző. NF: noise figure
Ha az NF értéke 1, azt jelenti, hogy a rendszer nem termel zajt. Ha egynél kisebb, a rendszer zajos.
30
A jelátvitel fizikai közegei
Történelem 31
A hálózatok fejlődésének kezdetén különféle célorientált hálózatok jöttek létre: távközlő hálózatok műsorelosztó hálózatok adathálózatok
Fejlődés → integrált hálózatok létrejötte Megvalósult: eszközök szintjén hálózatok szintjén
32
33
T
M A
Az átviteli rendszer tervezésekor a legfontosabb szempontok 34
a kívánt adatátviteli sebesség elérése megfelelő távolság áthidalása reflexiómentesség (visszaverődés nélküli rendszer) Minden esetben igyekszünk a reflexió mértékét az egész átviteli frekvenciasávban a lehető legalacsonyabban tartani
A jelátvitel fizikai közegei 35
A telekommunikáció elektromágneses spektruma 36
Frekvencia (Hertz)
102
103
104
105
106
107
108
ELF
VF
VLF
LF
MF
HF
VHF UHF
Energia, telefon Forgó generátorok Telefon Zenei berendezések Mikrofonok
Rádió Rádió, televízió Elektroncsövek Integrált áramkörök
109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 SHF
EHF
Mikrohullám Radar Mikrohullámú antennák Magnetronok
Csavart érpár
Látható fény
Optikai szál
Koaxiális kábel AM rádió
Infravörös Lézerek Irányított rakéták
FM rádió Földi és műholdas és TV mikrohullámú átvitel
Réz alapú kábelek 37
Rézalapú kábelek előnyei 38
Egyszerűbb szerelési technológia Alacsonyabb telepítési költségek Olcsó aktív eszközök Szennyeződésre kevésbé érzékeny csatlakozások Helyes telepítés után megbízható, sokoldalú, költséghatékony
Rézalapú kábelek hátrányai 39
Elektrosztatikus zavarokra érzékeny Mechanikai sérülésekre érzékeny A telepített infrastruktúra gátolhatja a jövőbeni fejlesztési törekvéseinket Hosszú telepítési idő Legnagyobb sebességek csak optimális feltételek mellett érhetők el
Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 40
Elektromosan árnyékolt, kevésbé érzékeny az elektromos zajokra Alapsávú • 10Base2 – 50 ohm, 10-100 Mbps, 200 m • 10Base5 – 75 ohm, 10-100 Mbps, 500 m Széles sávú • Kábel TV, 75 ohm, digitális átvitelnél 150 Mbps egy kábelen több csatorna, többféle kommunikáció Számítástechnikában ma már új hálózatok építésénél nem alkalmazzák!
Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 41
Vezetékes átvitel koaxiális kábelen 42
Homogén hullámimpedancia Egyszerű meghajtó/vevő áramkör Mechanikai sérülésekre érzékeny (pl. megtörés ⇒ Z0 megváltozik)
Koaxiális kábelek típusai 43
RG – 6 szélessávú TV-s átvitel
75 Ω
RG – 8, RG – 11, RG – 58 „vékony” ethernet
50Ω
RG – 58/V a központi ér szilárd részből
50Ω
RG – 58 A/V a központi ér fonott részből
50Ω
RG – 59 szélessávú TV-s átvitel
75 Ω
RG – 59 szélessávú
50 Ω
Koaxiális kábelek típusai 44
Koaxiális kábel csatlakozók 45
Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 46
Zaj, Zavar Z0/2 Z0/2 Z0/2
Z0
A zavarvédelmet az érpárok összecsavarása jelenti, valamint a szimmetrikus meghajtás UTP – Unshilded Twisted Pair Árnyékolatlan csavart érpár
Csavart érpáras átviteli közeg (TP – Twisted Pair) 47
CAT - A rendszer komponensek elektronika jellemzőit meghatározó osztályrendszer. A nagyobb kategória jobb jellemzőket jelent CAT 1 - hang átvitel, telefon CAT 2 - 4 Mbps CAT 3 - 10 Mbps (10BaseT – Ethernet) CAT 4 – 20 Mbps CAT 5 - 100 Mbps (100BaseT - Fast Ethernet) CAT 5E - 1 Gbps (1000BaseT - Gigabit Ethernet) CAT 6 – 1 Gbps nagyobb távolságra, kisebb távolságban 10 Gbps CAT 6a - 100m-ig 10 Gbps CAT 7 - 100 Gbps , 70 méterig (1200mhz)
48
Csavart érpáras átviteli közeg (STP – Shilded Twisted Pair) 49
A zavarvédelmet az árnyékolás és az érpárok összecsavarása jelenti. STP – Shilded Twisted Pair (Árnyékolt csavart érpár)
50
Kábel csatlakozások, csatlakozók 51
Kábelek fizikai osztályozása 52
„Fali” (Solid) kábel Fix telepítésre tervezték Rézvezetők tömörek Merev szerkezetű Sokkal jobb elektronikai paraméterek A teljes csatornában maximum 100m hosszban telepíthető
Kábelek fizikai osztályozása 53
„Patch” (Strainded) kábel Mobil használatra Jobban ellenáll a hajlító igénybevételnek Rézvezetők elemi szálakból sodrottak Gyakori csatlakoztatásra kifejlesztett elemek Puhább, könnyebb Maximum 10m hosszan telepíthető a csatornába
Üvegszál alapú kábelek 54
Üvegszál alapú kábelek előnyei 55
Magas fokú zavarvédettség Óriási távolságok hidalhatók át Elérhető legmagasabb átviteli sebesség „Jövőálló” Magas végpont sűrűségben telepíthető Csekély fizikai méret és súly
Üvegszál alapú kábelek hátrányai 56
Drága aktív és passzív elemek Drága telepítés A belső vezetőszál érzékeny a fizikai behatásokra A csatlakozás érzékeny a szennyeződésekre
Optikai kábel ötlete 57
A folyadéksugár „csapdába ejti” a fényt! Ez volt az alapötlet, ami az optikai szál technikai alkalmazásához vezetett.
58
Optikai kábel ötlete 59
Az optikai szál egy olyan hengeres, szigetelt, könnyen hajlítható szál, amely fényt továbbít az üvegmag belsejében, a teljes fényvisszaverődés elve alapján Ahhoz, hogy az optikai jel teljes fényvisszaverődéssel a magban terjedjen tovább, a mag törésmutatójának nagyobbnak kell lennie, mint a héjnak
Optikai kábel szerkezete 60
Kábel típusok 61
SM (Single Mode) 9 mikron mag Hosszú távolságok áthidalására (max 100 km)
MM (Multi Mode) 50 mikron mag Rövidebb távolságok áthidalására (max 550 m)
Optikai szál gyártása 62
előforma készítése szál szerkezetének előállítása külső kémiai gőzlecsapatás belső kémiai gőzlecsapatás növesztéses eljárás
szálhúzás szál átmérő primer védelem (esetleg festés)
kábelgyártás több szál összefogása különböző védelmek kialakítása
Előforma készítése 63
Belső kémiai gőzlecsapatás tisztítás hordozócső készítés mag növesztése (lecsapatása) zsugorítás
Szálhúzás 64
Preform Grafit kemence
Primer védelem Vezérlő egység
Hűtőfolyadék Száldetektor
Csévélő dob Feszítő dob
65
Kábelgyártás 66
Dobok a szálakkal
SZ sodrat Vazelin Pászma növesztése Vezérlő egység
Pászma átmérő detektor
LAN optikai kábelek fajtái 67
1. Single 2. Zipcord 3. Tight-buffered 4. Unitube glass armoured 5. Unitube standard with spl 6. Multitube glass armoured
Optikai kábel csatlakozók 68
Strukturált kábelezés 69
Épületek összekötése 70
Függőleges kábelezés 71
Vízszintes kábelezés 72
Szerelési szabályok 73
74
75
Vezeték nélküli átvitel
Optikai átvitel - Lézer átvitel 76
pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság átvitel lézerrel néhány km távolság sávszélesség akár 2500Mbit/s időjárási viszonyok zavarják (sűrű eső, hó, köd, légköri szennyeződés)
Optikai átvitel - Infra átvitel 77
pont-pont közötti adatátvitel, láthatóság infravörös tartomány kis távolság sávszélesség 9,6 kbps - 4 Mbps nincs más eszköztől származó zavarás nincs szükség speciális adatvédelemre
Vezeték nélküli hálózatok 78
WLAN chipset gyártások alakulása (millió darab)
Mobile eszközök napjainkban 79
Mi az a WLAN? 80
A WLAN az angol Wireless Local Area Network szó rövidítése, melynek jelentése vezeték nélküli helyi hálózat, amit leginkább a „vezeték nélküli hálózat”, WiFi és a WLAN névvel illetnek. A WLAN működése hasonló a LAN hálózatokéhoz, csak a jelek más közegben terjednek. Míg a LAN vezetéket használ (hálózati kábel), addig a WLAN a levegőben továbbítja az információt.
A WLAN előnyei 81
Nincs szükség kábelezésre Az internetkapcsolatot meg lehet osztani Mobil eszközök kényelmes használata Egyszerűen telepíthető
A WLAN hátrányai 82
A rádiójeleket nem állítja meg a fal Illetéktelenek rácsatlakozhatnak hálózatunkra
Vezeték nélküli adatátvitel IEEE 802.11 83
84
WLAN frekvenciasávok 85
Rendszerint állami és nemzetközi szabályozás
Mikrohullám ISM – Industrial, Scientific and Medical 2.4 GHz (λ ≈ 12 cm) engedély általában nem szükséges sok zavaró jel DECT, mikrohullámú sütő, játékok, stb.
WLAN frekvenciasávok 86
U-NII – Unlicensed National Information Infrastructure 5 GHz (λ ≈ 6 cm) kevés zavaró jel
WLAN frekvenciasávok 87
Egy tipikus rádiós hálózat 88
A WLAN hálózatok csoportosítása 89
Működésük szerint
Az ad-hoc mód
Az infrastruktúra mód
A WLAN hálózatok csoportosítása 90
Kiépítés szerint SOHO Enterprise
A WLAN hálózatok csoportosítása 91
Eszközök szerint Asztali
Hordozható
A WLAN hálózatok csoportosítása 92
Antennák szerint Kör sugárzó Szegmens sugárzó Iránysugárzó
A WLAN hálózatok csoportosítása 93
Védelem szerint Nyilvános WLAN Jól védett WLAN Prompt WLAN
94
Antennák
Mi az antenna Az antenna elektromágneses hullámok egy tartományának, a rádióhullámoknak a sugárzására vagy vételére alkalmas elektrotechnikai eszköze. Elvileg bármelyik antenna lehet adó vagy vevő.
Adó és vevő Adó: adatot, hangot, képet átalakítja elektromos jellé és ezekkel változtatják az összeköttetést létesítő hullám jellemzőit, amplitúdóját, frekvenciáját, fázisát.
Vevő: jeleket leválasztják a rádióhullámról felerősítik és visszaalakítják az eredeti jellé, adattá, hanggá, képpé.
Elektromágneses hullámok
VLF- Very Low Frequency
VHF – Very High Frequency
LF – Low Frequency
UHF – Ultra High Frequency
MF- Medium Frequency
SHF – Super High Frequency
HF – High Frequency
EHF – Extra High Frequency
λ = c /f
c = 3*108 m/s
99
Az elektromágneses hullámok terjedése Az elektromágneses hullámok terjedésében jelentős szerepe van a föld légkörének, az atmoszférának. Az atmoszféra mintegy 2.000-3.000 km magasságig terjed, nitrogénből, oxigénből, szén-dioxidból és vízgőzből áll. Három fő részére szokás osztani: troposzféra, sztratoszféra, ionoszféra.
Rádióhullám terjedés a mikrohullámú sugarak levegőben közel egyenesen haladnak a pontszerű sugárzó jele fokozatosan gyengül az adótól távolodva, a távolsággal négyzetes arányban iránya megváltozik különböző tereptárgyak miatt visszaverődés (reflexió): λ-nál jóval nagyobb felület visszaverheti a hullámot elhajlás (diffrakció): λ-hoz hasonló nagyságú élek mögé „bekanyarodik” a hullám törés (refrakció): közeghatárokon a terjedés iránya megváltozik, ha a két közegben más a terjedési sebesség
Rádióhullám terjedés elnyelődés (abszorpció) néhány km adó-vevő távolság felett a Föld görbülete is jelentős (9,7 km felett) D0 – optikai látóhatár r0 – földsugár
D0 = 2r0 h
Fresnel zóna ellipszoid, fókuszai az antennák Fresnel zóna rmax = 0.5 *√( λ * D)
0.6 * rmax maximális sugarú üres ellipszoid szükséges a jó mikrohullámú átvitelhez
AC
Antenna jellemzők izotropikus antenna: hipotetikus ideális gömbsugárzó karakterisztika: sugárzás, érzékenység irányonként más – irányított vagy omni
nyereség: adott irányba sugárzott teljesítmény (vagy vételi érzékenység) aránya az izotropikus antennához képest dBi: nyereség dB-ben az izotropikus antennához képest dBd: nyereség dB-ben a dipólus antennához képest (0 dBd = 2.14 dBi)
Antenna jellemzők polarizáció: az elektromos tér rezgésének módja lineáris függőleges vagy vízszintes síkban
elliptikus, cirkuláris az adó és a vevő polarizációjának egyeznie kell
Antenna jellemzők
Antenna karakterisztika a valós antennák sugárzása/érzékenysége irányonként változik, ezt írja le az antenna karakterisztika oldalnézet / függőleges minta
felülnézet / vízszintes minta
Antenna típusok Omni Dipólus co-linear
Antenna típusok Irányított Panel, patch Helix Yagi Parabola
Antenna típusok Panel, patch
Helix
Antenna típusok Yagi
Parabola
WLAN hőtérkép
WLAN hőtérkép
DIY antennák
Reflektor
Cantenna
Rekordok 124 mile 201 km
Hazai mérések 118
21 kilométeres távot 54 Mbps
119
Földkábelezés
+
Szolgáltatók a föld alatt 120
Alépítmények 121
Generációi: Betoncsöves Műanyagcsöves ISDN- alépítmény
Alépítmény 122
Földmunka és csövek fektetése 123
Megszakító létesítmények 124
Alépítmény-hálózat csöveinek többszörös kihasználása 125
100 mm belső átmérőjű csövek alkotják, Kábel átmérője nem lehet nagyobb mint a cső átmérőjének 80%, átmérő különbség >10mm.
Földkábel-fektetés 126
Optikai kábel telepítése 127
Földkábelek lefektetése 128
A földkábeleket két módon lehetséges elhelyezni: kézileg (emberi erővel, különösebb gépi segítség nélkül) vakond-ekés módszerrel (egy eke a kívánt mélységig felszántja a talajt, majd a kábelleeresztő szerkezet behelyezi a kábelt).
Kézi módszer 129
Vakond-ekés módszer 130
131
A vakond-ekés módszer jellemzői 132
Előnyei: nem szükséges alépítmény a gép kb. 10 km/nap teljesítményű
“gyors”
Hátrányai: köves-sziklás talajban nem alkalmazható nehezebben javítható (nem lehet tartalékból után húzni)
Optikai földkábelek behúzása 133
A kábelbehúzás többféleképpen is megvalósítható a már előre lefektetett alépítménybe: kézi, vagy csörlős behúzással átfúvatásos módszerrel beúsztatásos módszerrel
Kézi lefektetés (Csörlős behúzás) 134
Legnagyobb egyben behúzható hossz: 150-200 méter. Napi teljesítmény kb. 2000 méter. “Viszonylag lassú” A védőcső megbontása, illetve helyreállítása miatt egyéb járulékos költségek is felmerülnek A kábelre nagyjából 60 Kg tömeg által kifejtett mechanikai erő hat. Ebből kifolyólag és a lehetséges feszülések miatt a kábelek mechanikai sérülései nem zárhatóak ki.
Kézi, illetve csörlős behúzás 135
Átfúvatásos módszer 136
137
Digitális jelek előállítása
Beúsztatásos módszer 138
139
Eszközök 140
Föld alatti hálózatkiépítésnél: kábelbehúzó eszközök csörlők (elektromos) szivattyúk kompresszorok - egyéb (pl. pneumatikus berendezések)
141
142
Légvezetékes hálózat építése
Alkalmazási területei 143
Kertváros, falu Kis sűrűségű terület Az előfizetői pontok távol vannak egymástól Nem kell árkot ásni, járdát bontani, alépítményt betonozni
Légvezetékes hálózat összetevői 144
Légkábelek (réz / optikai) Oszlopok Kötődobozok Elosztók Rögzítők, feszítők Csigák, csigasorok
Légkábelek fajtái 145
Önhordó Külön tartóelemre nincs szükség, mert a kábelbe a nagy teherbírást biztosító elem be van építve. Nem önhordó Már meglévő acélsodronyra építik rá, megadott távolságonként rögzítik.
Légkábel elosztó 146
Réz
Optika
Oszlopok 147
Fa oszlop Beton oszlop
Optikai önhordó légkábel 148
Acélsodrony
Polietilén köpeny
Központi elem
Optikai szálak Pászma . .
.
. .
.
. .
.
. .
.
Kevlar
Vakpászma
Optikai önhordó légkábel 149
150
Tengeri kábelezés
151
152
153
Informatikai, számítógépes hálózatok
Definíció 154
számítógépek és a hozzájuk kötődő eszközök meghatározott szabályok (protokoll) szerint együttműködő, összekapcsolt rendszere. (Magyar Nagylexikon 16.)
Hálózat – erőforrás-megosztás 155
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 156
Költségkímélő - gazdaságilag előnyös, ugyanis a rendszer kiépítésekor és üzemeltetésekor (erőforrásmegosztás, kommunikáció költsége...) is takarékosabb megoldást jelent az önálló számítógépek helyett.
157
Hálózat – osztott munkavégzés 158
A számítógépek közötti kommunikáció segítségével a velük dolgozó emberek is képesek közvetlen vagy közvetett (levél) kommunikációra és lehetőség van az osztott munkavégzésre.
Hálózat – adatbiztonság 159
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 160
Gépek feladata szerint Kiterjedés (méret) szerint Nyilvánosság szerint Az adatátvitel sebessége szerint Átviteli közeg szerint Topológia szerint Adattovábbítás módja szerint
Gépek feladata szerint 161
Kliens-szerver hálózatok
Peer to peer
Kiterjedés (méret) szerint 162
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 163
Nyitott rendszerek
Zárt rendszerek
Adatátvitel sebessége szerint 164
A másodpercenkénti adatmennyiség továbbítása (sávszélesség kifejezés) alapján: bit/másodperc kilobit/másodperc megabit/másodperc gigabit/másodperc
bps Kbps Mbps Gbps
Adatátviteli közeg szerint 165
Vezetékes Koaxiális kábel Sodrott érpár STP, árnyékolt UTP, árnyékolatlan
Optikai kábel Vezeték nélküli rádiós infravörös fény lézer fény
Topológia szerint 166
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 167
Csillag
Teljes (részleges)
Gyűrű Fa
Üzenetszórásos topológiák 168
Sín
Rádiós Gyűrű
169
Távközlő hálózatok
170
Távközlés története Magyarországon 171
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 172
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) 173
• 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) 174
• 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
175
Nemzetközi központok (2 darab) Szövevényes hálózat
176
Szekunder központok (9 darab)
Primer központok (45 darab)
Helyi központok
Gyűrűs hálózat Gyűrűs, vagy fa topológia
Kihelyezett fokozat Előfizetők Fa hálózati topológia
Magyarországi hálózat 177
A budapesti hálózat 178
Szolgáltatási területek Magyarországon 179
PSTN - Public Switched Telephone Network 180
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 181
PSTN 182
A
A
Központ
Gerinchálózat
A
Központ
A
Áramkörkapcsolás elve 183
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)
Tárcsázás 184
Impulzus, tone (DTMF)
Digitális hangátvitel 185
D/A
A/D
A
P C M
D
Központ
GerincGerinchálózat hálózat
D
P C M
Központ
A
186
Modulációk
Mi a moduláció? 187
A hírközlésben a vivőhullám valamely jellemzőjének változtatását nevezik modulációnak A szinuszos jel három fő paraméterét, az amplitúdóját, a fázisát vagy a frekvenciáját módosíthatja a modulációs eljárás, azért, hogy a vivő információt hordozhasson
Miért van szükség modulációra? 188
hullámokat megfelelő hatásfokkal sugározhassuk ha minden adó ugyanazon a frekvencián sugározna, az eredmény az lenne, mintha több száz ember beszélne egyszerre, ugyanabba a teremben
Mi az eszköze? 189
A berendezés, amely végrehajtja a modulációt: modulátor A berendezés, ami a visszaállításhoz szükséges inverz műveletet hajtja végre: demodulátor A mindkét művelet végrehajtására képes eszköz (a két kifejezés összevonásából): modem
Dial-up hozzáférés 190
„Betárcsázós internet” A computerek digitális információi analóg jellé alakíthatóak, és átvihetőek a hagyományos telefonhálózaton „Modem” – modulator-demodulator Amplitúdó moduláció Frekvencia moduláció Fázis moduláció
191
Dial-up hozzáférés 192
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 193
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 194
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 - Interfész jellemzők 195
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
196
Hozzáférési hálózatok – xDSL 197
Telefonos ipar – 56 Kbps (2000-ben) Kábeltévé ipar – 10Mbps osztott kábeleken Műholdas cégek – 50 Mbps ajánlatok Lépni kellett az internetezők megtartása érdekében
xDSL – különféle DSL változatok
Hozzáférési hálózatok – ADSL 198
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 199
Hozzáférési hálózatok – ADSL 200
Repeater Regenerátor
Business
Visszaállítja a jelet
Erősítő Felerősíti a jelet
Regenerator Deployment w/o Repeaters Deployment w/ Repeaters
ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig
Regenerator Service Provider
Consumer
Regenerator
Government & Education
Hozzáférési hálózatok – ADSL 201
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 202
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 203
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 204
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 205
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 206
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 207
Sávszélesség - Távolság 208
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
209
Kábeltelevíziós hálózatok
A frekvenciasáv felosztása 210
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 211
Erősítő és elosztó 212
Előfizetői csatlakozók 213
Hálózat felépítése 214
IPTV szolgáltatás az interneten keresztül 215
216
FTTX hálózatok
FTTX = Fiber To The X X=Something 217
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 220
Felhasználó és a csomópont közti távolság lehet 10m és 10km között. Az FTTX-hálózat 100m és 2000m között változik az esetek többségében.
221
FTTH hálózat építő elemei 222
HFC hálózatok 223
Meglévő, kiépített infrastruktúra Nagy sávszélesség DS irányban Végponti eszközök cseréjével upgradelhető Analóg lekapcsolással a kapacitás nő Internet- sávszélesség igény nő
HFC hálózatok felépítése 224
Hybrid Fiber Coax (HFC) HOST
Fejállomás
Opt. Gyűrű (1550 nm) gerinc
Kerületi optikai hálózat (1310 nm)
ONU HOST HOST ONU
Családi házak Lakótelep
Passzív leágazó
Kétirányú vonalerősítők
KábelTV hálózat, mint osztott média 225
A szegmensben lévő összes előfizető ugyanazt a frekvenciasávot és ugyanazt a fizikai közeget látja
A szegmens mérete a lefedett hálózatrész nagyságától, valamint az optikai adók-vevők arányától függ Egy szegment tipikusan 2.000 lakás Downstream, és 500 lakás Upstream irányban
Házi feladat 226
A műholdak története 2007 (youtube videó)
http://www.youtube.com/watch?v=hbzo18lJ2Pc
Forrás 227
HTE: TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK ÉS INFORMATIKAI SZOLGÁLTATÁSOK Takács György: A távközlési hálózattervezés sajátosságai BME VIK: Infokommunikációs rendszerek és alkalmazásuk jegyzetek
