Infokommunikációs rendszerek
2.ea
Dr.Varga Péter János
2
Mobil kommunikáció
A kommunikáció evolúciója 3
4
A kezdetek 5
1921 – Detroiti rendőrség 2
MHz Egyirányú forgalom
1933 – megvalósult a kétirányú kommunikáció
A kezdetek 6
Katonaság 1941-től Félduplex
üzemmód Gyenge teljesítmény
A kezdetek 7
Bell Labs – 1946 MTS
(Mobil Telephone System) Max. 3 hívás 1 időben
A kezdetek 8
1956 – 450 MHz-en elindítják a szolgáltatást az „átlagfelhasználó” részére az USA-ban
A kezdetek 9
1956 - Az Ericsson vezette be a világ legelső, automata mobiltelefonrendszerét Svédországban. A készülék kb. 40 kg-ot nyomott és értelemszerűen "Mobil Telephone A"-nak nevezték (MTA). A rendszer a 160 MHz-es sávban működött.
A kezdetek 10
1973 - Április 3-án, a Motorola mérnöke, Martin Cooper a New York-i utcán sétálva (NEM autóban!) bonyolította le a világ első igazi utcai mobilhívását. A hívott fél a rivális cég, a Bell Labs egyik vezetője, Joel S. Engels volt. Az első mondatok pedig a következők: "Joel, Itt Marty Cooper, egy celluláris telefonról hívlak, igazi, kézi mobiltelefonról".
A kezdetek 11
1989 – Magyarország Megalakul a Westel Rádiótelefon Kft., amely a legelső hazai mobiltelefon szolgáltatást nyújtotta a 0660-as előhívó segítségével még 450 MHz-en. Az alapító okiratot 1990. május 23-án írták alá, így a cég a Matáv 51%-os és a US West 49%-os tulajdona lett.
12
A mobilok generációi 13
Ahhoz képest, amivel kezdődött 14
Az a fránya akksi……
Szabályozási szervezetek 15
Világszervezetek:
International Electrotechnical Commission
International Telecommunication Union
International Organization for Standardization
Európai szervezetek:
Comité Européen de Normalisation Électrotechnique;
European Telecommunications Standards Institute
A fejlődés lépései 16
1G rendszerek 17
1970-es évek vége, 1980-as évek eleje Analóg rendszerek Sok, egymással nem kompatibilis hálózat Skandináviában 1981-től Hazánkban 1990-től 2003. június 30-ig (Westel 0660) Jellemzően 450 Mhz körüli frekvenciasáv Viszonylag nagy, 30-50 km átmérőjű cellák Gyenge beszédátviteli minőség, kevés szolgáltatásfajta
2G rendszerek 18
1990-es évek elejétől Digitális rendszerek Legelterjedtebb az európai tervezésű GSM GSM (eredetileg: Groupe Spéciale Mobile, később: Global System for Mobile Telecommunication, világméretű mobil távközlő rendszer)
GSM lefedettség a Földön (2009) 19
GSM - elterjedt, mert: 20
a kutatás-fejlesztés kellő időben, gyorsan (4 év) történt nyílt, továbbfejleszthető szabvány (ETSI)
kezdettől egységes Európában (nem így volt USA-ban)
egységes, átjárható rendszer (roaming) a SIM kártya koncepció vonzó (előfizető adatai készülékfüggetlenek) a hívó fél fizet csak (USA-ban ez nem így volt) az előre fizetés (pre-paid) lehetősége nagyon népszerűvé tette 900 MHz: országos lefedést is lehetővé tesz
GSM hálózatok felépítése 21
Bázisállomás-alrendszer 22
Bázisállomás (BTS) egy
vagy több elemi adó/vevő átkódoló és sebességillesztő egység
Bázisállomás-vezérlő (BSC) egy
vagy több bázisállomást vezérel kapcsolás rádiócsatorna-hozzárendelés hívásátadás-vezérlés
Hálózati alrendszer 23
Mobil kapcsolóközpont (MSC) egy
„hagyományos” kapcsolóközpont mobil-specifikus bővítésekkel autentikáció helyzetnyilvántartás hívásátadás BSC-k között barangolás stb.
24
GSM szolgáltatások 25
Beszédátvitel kodek
sebessége 13 kb/s (később: 5,6 kb/s) kompromisszum: viszonylag gyenge hangminőség, jobb frekvenciakihasználtság
SMS (Short Message Service, rövid szöveges üzenet szolgáltatás) 160
karakter max.
Adatátvitel alapesetben
9,6 kb/s, később 14,4 kb/s
GSM szolgáltatások 26
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, nagy sebességű áramkörkapcsolt adatátvitel)
EMS (Enhanced Messaging Service, kibővített üzenetküldő szolgáltatás)
adatátvitel továbbfejlesztése: több 14,4 kb/s csatorna összefogása
egyszerűbb képüzenetek is
MMS (Multimedia Messaging Service, multimédia üzenetküldő szolgáltatás) multimédia üzenet: kép, írott szöveg, hang együtt 2002-től elérhető szolgáltatás
GSM/GPRS szolgáltatások 27
WAP (Wireless Application Protocol, vezetéknélküli alkalmazás protokoll)
leegyszerűsített Web-szerű alkalmazás
GPRS (General Packet Radio Service, általános csomag alapú rádiós szolgáltatás) 2001. óta elérhető szolgáltatás csomagkapcsolt adatátvitel, a GSM kiegészítése előny: jobb kihasználtság fizetés kilobájt alapon, nem perc szerint
sebesség kezdetben max. 56 kb/s
GSM/EDGE szolgáltatások 28
EDGE (Enhanced Data Rate for Global/GSM Evolution, kb. továbbfejlesztett adatsebesség a globális/GSM fejlődésért) 2003-tól használható: az
áramkörkapcsolt adatátvitel gyorsítására: Enhanced Circuit Switched Data (ECSD) illetve a csomagkapcsolt adatátvitel gyorsítására: Enhanced GPRS (EGPRS)
Lefedettség: Telenor - 2G 29
Lefedettség: Vodafone - 2G 30
Lefedettség: T-mobile - 2G 31
3G rendszerek 32
UMTS : UMTS: Universal Mobile Telecommunications System, Egyetemes mobil távközlési rendszer Célok: jobb
beszédhangminőség (PSTN-t elérő) jobb spektrumkihasználtság (földi és elvben műholdas is) nagyobb adatátviteli sebesség GSM kompatibilitás
UMTS szolgáltatások 33
Beszédátvitel: Adaptive MultiRate (AMR) kodek: ld. később 4,7 – 12,2 kb/s
Adatátvitel, Internet elérés városban tipikus max. 384 kb/s vidéken tipikus max. 144 kb/s helyi rendszerben max. 2 Mb/s
Multimédia szolgáltatások Értéknövelt szolgáltatások (nem csak 3G) chat, játékok, zene letöltése, stb. helyhez kötött szolgáltatások
HSPA szolgáltatások 34
HSPA (High-Speed Packet Access, nagy sebességű csomagkapcsolt hozzáférés) UMTS továbbfejlesztése nagyobb adatsebességek felé 2 protokoll közös neve: HSDPA (High Speed Downlink Packet Access, nagy sebességű csomagkapcsolt letöltési hozzáférés) akár 14 Mb/s HSUPA (High Speed Uplink Packet Access, nagy sebességű csomagkapcsolt feltöltési hozzáférés) akár 5,76 Mb/s
Az UMTS része, annak részben továbbfejlesztése 3,5G néven is emlegetik nem minden 3G képes mobil végberendezés tudja
Lefedettség: Telenor - 3G 35
Lefedettség: Vodafone - 3G 36
Lefedettség: T-mobile - 3G 37
4G rendszerek 38
LTE (Long Term Evolution, „hosszú távú fejlődés”) Letöltés akár 150 Mb/s, feltöltés akár 50 Mb/s szabvány
szerinti max: 326/86 Mb/s, 20 MHz-es tartományt használva
Teljesen átdolgozott rádiós hálózati rész OFDM
moduláció, több antenna egy eszközben (MIMO)
Teljesen IP alapú gerinchálózat
Többszörös hozzáférési technikák 39
FDMA (Frequency Division Multiple Access)
TDMA (Time CDMA (Code Division Multiple Division Multiple Access) Access)
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
Idő
Idő
Idő Idő
Frekvencia
Frekvencia
Frekvencia Frekvencia
NMT 450
GSM
UMTS
LTE
Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre álló frekvenciasávot
Lefedettség: Telenor - 4G 40
Lefedettség: T-mobile - 4G 41
2014
Lefedettség: Vodafone- 4G 42
2014. szeptember 29-e előtt 43
2014. szeptember 29-e után 44
Mobil hálózatok fejlődése 45
Mobil hálózatok fejlődése 46
Cellák 47
A cella nagysága függ a földrajzi elhelyezkedéstől és a felhasználók számától, ill. az általuk használt QoS-től!
Cellás hálózat 48
Körsugárzó antennák
R R
R
Zöld vonalon egyforma térerő a két antenna felől
Frekvencia újrafelhasználás elve a GSM-ben 49
Azonos vivőfrekvenciát használó cellák, reuse factor:7
Két egymás melletti cellában nem lehet azonos frekvencia !
Körsugárzó antennákat alkalmazunk
A frekvenciák kiosztása az LTE-ben 50
A cella közepén azonos frekvenciák, a cella szélén más frekvenciák!
Cella tervezés 51
Antennák - Szektor antennák 52
Dönthető antennák
GSM szektorsugárzók
Antennák - Omni antennák 53
Toronyra szerelt omni antenna
„Kézi” omni antenna
Mikrohullámú antennák 54
Mikrohullámú antennák: kapcsolat a hálózat felé (pár tíz GHz)
3G/4G antennák 55
Több antenna egy irányban (diversity, egyvivős megoldás)
MIMO antennák (többvivős megoldás)
Beltéri antennák 56
Mobil eszközök teljesítménye 57
CPU: Octa Core Cellular: GSM/WCDMA/LTE Display Resolution: 1920x1080 Touch Screen Type: Capacitive Screen Display Size: 6.0 RAM: 3G Camera: 13.0MP ROM: 32G
58
59
NGN Újgenerációs hálózatok
Újgenerációs hálózatok 60
Next Generation Networks A nyilvános távbeszélő hálózat (PSTN) és a nyilvános adathálózat (PSDN) összenövéséből kialakuló sokszolgáltatású hálózatot értik rajta
Konvergáló hálózatok 61
A hálózati konvergencia hajtóerői 62
A beruházási és műszaki támogatási-üzemeltetési költségek csökkentése Összetett, nagy integráltságú alkalmazások megjelenése és az ezekhez kapcsolódó új igények Nagyobb hálózati rugalmasság, funkciógazdagság
Műszaki hajtóerők 63
A beszéd- és az adatszolgáltatásokra épülő piacok konvergenciája Újabb szolgáltatások Video,
beszéd és adat integrálására alapozott egységes üzenetkezelés IP Centrex, IP Soft-PBX, Call Center E-Business
Egységes IP platform különböző transzportok felett
Piaci hajtóerők 64
A távközlési és informatikai piacok versenye Pl.
cégegyesülések/felvásárlások
Konvergencia Alacsonyabb
üzemeltetési és adminisztrációs költségek Szolgáltatások egy integrált beszéd-adat, fix-mobil hálózati infrastruktúra felett
NGN architektúra 65
egységes gerinchálózat, Három gerinc réteg: transzport, vezérlés és szolgáltatás, csomag alapú transzport, nyílt, szabványos IF-ek a rétegek között, sokféle szolgáltatás és alkalmazás támogatása
NGN architektúra 66
NGN alapú szolgáltatások jellemzői 67
Bárhol elérhető, valós idejű, multimedia kommunikáció Egyszerűbb használhatóság Megóvja a felhasználókat az információ összegyűjtésének, feldolgozásának és továbbításának komplexitásával kapcsolatos nehézségektől. Személyessé tehető szolgáltatások kialakítása és menedzselése Menedzselhető személyes profájlok, számlázási információk monitorozása, testreszabott felhasználói interfészek, alkalmazások, új alkalmazások létrehozása. IP alapú, QoS-képes
Szupergyors Internet Program (SZIP) 68
EMT/RMT DÜM MAPPING HTMR
Előtervek
Megvalósíthatósági tanulmányok kidolgozása Dinamikus üzleti modell felépítése, opciók kezelése Szélessávú lefedettségi térkép összeállítása Koncepció és műszaki előkészítés
Pályázat kiíráshoz szükséges műszaki előtervek elkészítése
OA
Open Access (Nyílt hozzáférés) irányelvek kidolgozása
THA
Tervezési és Hálózatépítési Ajánlás elkészítése
FEM
Felügyelő Mérnöki rendszer kidolgozása
Mi a projekt fő célja 69
MI A DIGITÁLIS KÖZMŰ? 70
EU pénzből létrehozott
Jelenlegi állami eszközöket bevonó
Homogén, optikai hálózat
Korlátlan kapacitást ad, valódi szélessáv
Mindenki számára nyitott
Hozzáférési versenyt biztosít Piaci logikával, önfenntartó módon működtethető
• Olcsó Internet • Gyors hálózat • Jelentősen •
megugró penetráció Rugalmas és olcsóbb kormányzati és közintézményi ellátás lehetősége
A DIGITÁLIS KÖZMŰ HATÁSAI 71
10 millió lakos
Állami intézmények
Önkormányzatok és intézményei
~700 ezer vállalkozás
Vasút, közút
Infokommunikációs cégek
Tartalom szolgáltatók
Egyéb szolgáltatók
Digitális Közmű
Munka
Tanulás
Életminőség
• • • • • •
• • • •
• Egészségügy
Videókonferencia Közigazgatás Adminisztráció Közös munka Távmunka Munka szélessávú Interneten
Távoktatás Digitális Palatábla Videókonferencia Kistérségi könyvtárelérés
• • •
(távdiagnosztika, recept, azonosítás, stb) Szórakozás (interaktivitás, kapcsolattartás) Közigazgatás Adminisztráció
Műszaki E2E minőségi elvárások 72
CoS Szolgáltatási osztály (CoS) CoS 1: Hang (realtime) CoS 2: Video (streaming, CoS 3: Adat (critical applications) CoS 4: Best effort
QoS End-to-End (Maximumok) Rendelkezésre Késleltetés Jitter Csomagvesztés állás [%] [ms] [ms] [%] 99,5 150 30 1% 99,5 400 50 0,1% 99,5 100 100 0,1% 99,5 -
Távközlő hálózatok felügyeleti központja 73
Elérési hálózati technológiák 74
GIS – Geographical Information System 75
A távközlési vállalatok megkezdték a nyilvántartási rendszereik konvertálását GIS alapú adatbázisokba A GIS információs modell alkalmazása a távközlésben, lehetőséget teremt a hatékony erőforrás, ügyfél és üzemeltetési folyamatok kezelésére
GIS – Geographical Information System 76
Mapping 77
http://szelessav.e-epites.hu/
Hálózati struktúrák 78
Hálózati szintek 79
Optikai hálózatok kapcsolatai 80
Hálózati topológiák 81
Regionális hálózat, pl. megye 82
Körzethálózat, pl. járás 83
Városi, nagyvárosi hálózat 84
Hozzáférési hálózat 85
Csomóponti hierarchia 86
Csomóponti hierarchia 87
Síkokra szervezett hálózatok 88
Magyarország körzetei 89
Helyi sík 90
Gyűrűs hálózat 91
Algyűrűk 92
Gyűrűbe szervezett hálózat 93
Algyűrű 94
FTTX hálózat 95
FTTX = Fiber To The X X=Something 96
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
Hozzáférési – (FTTX) hálózat 97
Példa – FTTX topológia 98
Példa – FTTX topológia 99
Példa – FTTX topológia 100
Központi fejállomás 101
Fejállomás optikai rendező 102
Optikai tápszekrény 103
Földbe fektetett kábel 104
Nagyelosztó 105
Kiselosztó belseje 106
Szerelési tálca 107
FTTH nagyelosztó 108
KTV hálózatok 109
110
Technológiák
Idővonal 111
Fejlődés 112
Mi a WDM 113
WDM - hullámhossz-multiplexálás
WDM technológia pozícionálása 114
WDM fő tulajdonságai 115
Alap definíció: több, független jel egy szálon történő átvitele Lényeges tulajdonság: több, független jel egyetlen közös eszközzel történő erősítése
WDM hálózat gazdaságossága 116
544
WDM hálózat gazdaságossága 117
WDM rendszerek összkapacitásának növelése 118
WDM rendszerek összkapacitásának növelési lehetőségei: csatornaszám növelése sűrűbb
csatornaosztás szélesebb sáv használata
csatornánkénti sebesség növelése további fizikai dimenziók bevonása, pl. polarizáció
WDM spektrumok 119
CWDM rendszer 120
A betűszó első karaktere a coarse, angol kifejezésből eres, mely a durva hullámhossz osztásos multiplexelésre utal. A technológia bizonyos keretek között ugyan de képes kihasználni a teljes, azaz 1270 – 1610 nmes sávszélességet (megfelelően kis csillapítású optikai szál esetén), melyen összesen 18 csatornát lehet létrehozni, melye 20 nm-es osztásban találhatók egymástól.
CWDM rendszer 121
A csatornáknál elérhető maximális sávszélesség 2,5 Gbit/s. Ebből következik, hogy a kialakított hálózati architektúrától függően, akár összesen 45 Gbit/s sávszélesség is elérhető uplink és downlink irányban 2 optikai szálas összeköttetéssel. A rendszerrel egy és kétszálas összeköttetést is megvalósítható. Hálózati topológiát tekintve pontpont. busz és gyűrűs megoldásokban használható.
CWDM rendszer 122
DWDM rendszer 123
A rendszer első karaktere a dense angol szóból ered, mely sűrűt jelent. A kifejezésből sejthető, hogy a csatornák sűrítéséről lehet szó, azaz a CWDM rendszerhez képest a csatornák kiosztása sűrűbben lettek elhelyezve a használható spektrális tartományban. Az így kialakított rendszerrel hasonló hálózati topológiákat lehet kialakítani, mint elődjével, azonban lényegesen nagyobb sávszélesség érhető el.
DWDM rendszer 124
Az első generációs DWDM rendszerek csatornánkénti sávszélessége 2,5 Gbit/s, mely megegyezik a legmodernebb CWDM rendszerével. Napjainkban a csatornánként elérhető maximális sávszélesség elérheti ezeknél a rendszereknél a 100 Gbit/s-ot. A csatornakiosztás generációnként és kialakításonként változhat. Leggyakrabban 50 GHz-es és 25 GHz-es csatornatávolságokat használnak. A csatornák száma elérheti a 160-at.
ROADM 125
Az újrakonfigurálható optikai Add-Drop multilexerek (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer ROADM) az alapjai a dinamikusan átkonfigurálható sűrű hullámhosszosztásos nyalábolású (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM) rendszereknek, vagyis az úgynevezett Agilis Optikai Hálózatoknak (Agile Optical Network - AON). Az AON rendszerek felgyorsítják a triple – play szolgáltatások fejlődését és lehetővé teszik magasabb szintű hullámhossz alkalmazások elterjedését alacsony áron
ROADM hálózatok 126
A ROADM alapú hálózatok alapvetően különböznek a konvencionális WDM hálózatoktól az újrakonfigurálható eszközök miatt. Az egyes WDM csatornák eltérő útvonalakon haladhatnak keresztül, ennek megfelelően különböző számú optikai erősítő kondicionálja az áthaladó jelet.
ROADM 127
WDM és a GPON 128
PON kapacitás növekedési trend 129
250G
250G
Bandwidth
100G 100G 40G
40G 10G
Downstream Upstream
40G
10G
2.5G 0.6G
0.15G 0.05G
Generation 1994 TPON
1999 A-PON B-PON
2004 G-PON GEPON
2009 NG-PON1 XG-PON 10GEPON
2014 NG-PON2 TWDM-PON
2020+ NG-PON3 ?
Mi a Triple Play? 130
A Triple Play a telefon, adat/internet és videó szolgáltatások olyan együttese, amely egyetlen átviteli közegen érkezik a felhasználóhoz. Ez az átviteli közeg lehet a KTV szolgáltató, koaxiális illetve optikai kábelekből álló hálózata, vagy egy telefonszolgáltató rézérpárakból álló hálózata.
Triple Play – gazdasági szempontok 131
A hálózat konvergenciája 132
Egyetlen szolgáltató – mindenhol Egységes
szolgáltatások Egységes profil Közös számlázás
Előnyös Szolgáltatónak Felhasználónak
(?)
Triple Play + 1
Változó szokások, trendek 133
Fix vonal használata dramatikusan csökken a “klasszikus” szolgáltatások körében Mobil felhasználók száma tovább növekszik annak ellenére hogy a penetráció már elég magas Szélessávú Internet telepítések gyors növekvési tendenciát mutatnak
Vezetékes telefonvonalak elterjedése és kihasználtsága 134
Mobil telefonok elterjedtsége és kihasználtsága 135
136
Technológiai hálózatok
Technológiai hálózatok 137
Közlekedési technológiai hálózatok Csővezetéki szállítás A villamosenergia rendszer technológiai hálózata Vízügyi hálózat
Közlekedési technológiai hálózatok 138
Vasúti technológiai hálózatot áruszállítást
személyszállítás
"Szállításirányítási Rendszer" (SZIR)
Közlekedési technológiai hálózatok 139
Vasúti optikai technológiai hálózat
Közlekedési technológiai hálózatok 140
Vízi-közlekedési technológiai hálózat GPS
(Global Positioning System) INMARSAT (International Maritime Satellite Organisation) 1979 óta
Közlekedési technológiai hálózatok 141
Közúti-közlekedési technológiai hálózat UTINFORM
– elsősorban rádiós Vezetékes és vezeték nélküli megoldások
Közlekedési technológiai hálózatok 142
Légi-közlekedési technológiai hálózat Földi
és a fedélzeti rádiólokáció Vezetékes és vezeték nélküli megoldások
Csővezetéki szállítás 143
Kőolaj, gáz, kőolajtermék csővezetéki szállítás hálózata Különcélú
távközlő hálózat Távközlő kábelek nyomvonala megegyezik a csővezeték nyomvonalával
Csővezetéki szállítás 144
Vízvezetéki szállítás hálózata Optikai
hálózat
Csővezetéki szállítás 145
Szennyvíz csatorna hálózata Optikai
hálózat
146
A villamosenergia rendszer technológiai hálózata 147
Független kétutas elérhetőség Mikrohullámú gerinchálózat Optikai gerinchálózat
148
A villamosenergia rendszer technológiai hálózata 149
A Magyar Villamos Művek hálózata
Forrás 150
Dr. Maros Dóra: Mobil rendszerek NMHH: Új frekvenciákat kapcsol be a digitális gazdaság vérkeringésébe az NMHH TFERI.hu: Mobilok története Németh Krisztián: Mobiltelefon-hálózatok Németh Krisztián: Mobiltelefon-hálózatok: UMTS Danka Annamária: MOBILKOMMUNIKÁCIÓ Dr. Berke József: A mobilkommunikáció története HTE: TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK ÉS INFORMATIKAI SZOLGÁLTATÁSOK Takács György: A távközlési hálózattervezés sajátosságai BME VIK: Infokommunikációs rendszerek és alkalmazásuk jegyzetek Engedi Antal: Tervező és szakértő mérnök Magyar Mérnöki Kamara
Jakab Tivadar: NGN motivációk, hajtóerők, trendek Jakab Tivadar: NGN hálózati architektúra
