INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

BME Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar

Mi az az infokommunikáció? Hagyományos szakterületek összekapcsolódása

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK Bevezetés Dr. Abos Imre c. egyetemi tanár Dr. Babarczi Péter egy. adjunktus

BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

Távközlés

Informatika

Távközlési szolgáltatások • Telefonszolgáltatás • Mobil telefonszolgáltatás • Adatátviteli szolgáltatás • KábelTV szolgáltatás

Hardver • PC, munkaállomás • Szerver • Irodai informatikai berendezés • Háttértárak, adatbázisok

Távközlési berendezések • Kapcsolástechnikai ber. • Átviteltechnikai berendezések • Mobil rádiós rendszerek • Távközlési végberendezések Hálózati infrastruktúra • Kábelek (réz, optikai), vezetékek Elektromágneses tér • Antennák

Szoftver • Rendszerszoftver • Hálózat menedzsment • Alkalmazási szoftver • Tartalomkezelés Hálózat • Számítógép-hálózat, LAN • Internet hálózat

INFOrmatika + teleKOMMUNIKÁCIÓ = INFOKOMMUNIKÁCIÓ (ICT)

Budapest, 2016.

Infokommunikációs hálózatok

INFOKOMMUNIKÁCIÓS HÁLÓZATOK, SZOLGÁLTATÁSOK ÉS ALKALMAZÁSOK

Video

Telefon

Infokom (tartalom) alkalmazások e-, tartalom, információs társadalmi szolgáltatások

Infokom (e-hírközlési) szolgáltatások

Internet

Üzleti felh.

pl. e-üzletvitel, e-közszolgáltatások, AV tartalomletöltés, on-line multimédiás játék, virtuális múzeum… Metro

Gerinchálózat High Speed Backbone

Hálózaton létesülő szolgáltatások

pl. fix és mobil telefon, telefax, e-mail, X.25 adatátvitel, Internet szolgáltatás, rádió és TV műsorszolgáltatás…

Szolgáltató

Infokom (e-hírközlő) hálózatok Hálózati infrastruktúra és jeltovábbítás eszközei

pl. vezetékes, mobil, optikai, mikrohullámú, műholdas hálózat, kábel TV, ADSL, rádió és TV műsorszóró hálózatok…

Mobil hozzáférés

Az IT, ICT egyre meghatározóbb szerepet tölt be:

AZ ICT GAZDASÁGI SZEREPE

a GDP és a termelékenység növekedésének legfőbb forrása átalakításokat indukál a szervezetek életében és mindennapjainkban

MAGAS

Az IT, ICT hozzáadott értéke

ICT külső fókusz

Az informatika, ICT közvetlenül generál terméket, szolgáltatást

Információs társadalom

Az informatika, ICT új lehetőségei generálják az üzleti, sőt a vállalati stratégiát

2008 Világ: szűken vett ICT 6,5%

D) STRATÉGIAI SZEREP

HÁLÓZAT -ALAPÚ TUDÁS KONVERGENCIA TÁRSADALOM

1996 Ny-Eu: ICT 4,6%

Tudásmgmt, eBus, virtuális vállalat FELTÉTEL NÉLKÜLI INFO ELÉRÉS

Termelékenység, működési hatékonyság, végfelhasználói döntéstámogatás

C) ÜZLETI ÉRTÉKTEREMTÉS Adatbányászat, eCommerce, Telebank… HÁLÓZATI RENDSZEREK

Automatizálás, folyamat és költség ellenőrzés, gazdaságosság

KLIENS/SZERVER RENDSZEREK

Az infrastruktúra hangsúlyos

IT belső fókusz

1950

versenykörnyezet kialakítása

Jelentős alkalmazásfejlesztések

A) ADAT TÁROLÁS ÉS FELDOLGOZÁS ALACSONY

LIBERALIZÁCIÓ

B) ÜZLETI FOLYAMAT AUTOMATIZÁLÁS

1960

MAINFRAME/MIDRANGE RENDSZEREK

1970

1980

1990

2000

2010

2020

TERMÉSZETES MONOPÓLIUM Telefónia 1900

Mobil telefon 1985

2000

Szélessáv, mobilitás, multimédia

Integrált információs társadalmi alkalmazások

2015

[IDATE]

ELEKTRONIKUS HÍRKÖZLŐ HÁLÓZAT

JELEK OSZTÁLYOZÁSA

• átviteli rendszerek és - ahol ez értelmezhető - a hálózatban jelek irányítására szolgáló berendezések, továbbá más erőforrások, beleértve a nem aktív hálózati elemeket is -, amelyek • jelek továbbítását teszik lehetővé meghatározott végpontok között • vezetéken, rádiós, optikai vagy egyéb elektromágneses úton, • beleértve a műholdas hálózatokat, a helyhez kötött és a mobil földfelszíni hálózatokat, • az energiaellátó kábelrendszereket, olyan mértékben, amennyiben azt a jelek továbbítására használják, • a műsorszórásra használt hálózatokat és a kábeltelevíziós hálózatokat, • tekintet nélkül a továbbított információ fajtájára. (2003. évi C. törvény az elektronikus hírközlésről)

Időben diszkrét

Analóg jel

Mintavételezett jel

Diszkrét amplitudó

Elektronikus hírközlő hálózat:

Folytonos amplitudó

Időben folytonos

Diszkretizált analóg jel 7

Babarczi - Abos

Digitális jel 8

AZ ANALÓG HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA

Babarczi - Abos

JEL-ZAJ VISZONY A jel-zaj viszony (SNR – signal-to-noise ratio): a jel (információ) és a háttérzaj teljesítményének hányadosa.

DEMODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS

KÓDOLÁS, MODULÁLÁS

A jel-zaj viszony (dB): meghatározásánal a logaritmikus decibel-skálát használják.

A zajos csatornán átvitt modulált információ:

Arány dB telj. Eredeti információ

Továbbított jel

Vett információ (jel + zaj)

9

0,001 0,01 0,1 0,5 1 2 10 100 1000 -30 dB -20 dB -10 dB -3 dB 0 dB 3 dB 10 dB 20 dB 30 dB

dB ampl. -60 dB -40 dB -20 dB -6 dB 0 dB 6 dB 20 dB 40 dB 60 dB (P – teljesítmény, A – amplitudó)

Babarczi - Abos

ANALÓG ÁTVITEL ZAJOS CSATORNÁN

10

Babarczi - Abos

AMPLITÚDÓMODULÁCIÓ Idő tartomány

Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára (Shannon-Hartley tétel):

C = H·log2(1 + S/N) bit/s ahol

C - a maximális adatátviteli sebesség (bit/s), H - a (modulált) jel sávszélessége (Hz), S - az átlagos jelteljesítmény (mW), N - az átlagos zajteljesítmény (mW).

Pl.

H = 4000 Hz (beszédsáv) S/N = 16000 (tipikus)

Frekvencia tartomány

C = 4000·log2(1 + 16000) = 4000·14 = 56 kbit/s Maximum 56 kbit/s adatátviteli sebesség érhető el, függetlenül a jelszintek számától.

11

Moduláló jel spektruma Babarczi - Abos

Vivőfrekvencia 12

Babarczi - Abos

FREKVENCIAMODULÁCIÓ Idő tartomány

SHANNON MINTAVÉTELI TÉTELE A mintákból az eredeti jel akkor állítható vissza, ha az fs mintavételezési frekvencia nagyobb az eredeti jel fmax maximális frekvenciájának kétszeresénél: fs > 2fmax A beszéd digitális átvitele:

• fmax = 4000 Hz • fs = 8000 Hz • Kvantálási szintek száma = 256 (8 bit)

ω vivő mod = ω v + k·Um ·cos(ωm ·t)

Frekvencia tartomány

• Átviteli sebesség = 8000×8 = 64000 bit/s Az ISDN csatornák sebessége 64 kbit/s

13

Babarczi - Abos

A DIGITÁLIS HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA

14

Babarczi - Abos

DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Frekvenciamoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1

Tömörítés, kódolás, modulálás

Demodulálás, dekódolás, kibontás

Fázismoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1

A zajos csatornán átvitt digitalizált információ: 10010111, 01001010, 11001010, 00110101, 01100100, 11011011, 10101100, 01001101 Eredeti információ

Továbbított információ 15

Visszaállított információ Babarczi - Abos

DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Gaussian Minimum Shift Keying

8 Phase Shift Keying

16

Babarczi - Abos

DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Quadratic Phase Shift Keying QPSK jelkészlete

QPSK bittérképe

QPSK vektorképe

Minden 0-s vagy 1-es szimbólum átvitelekor a vivőfrekvencia fázisa megváltozik, és a változás iránya határozza meg, hogy 0 vagy 1 átvitele történt-e.

A 8 fázisú modulációnál minden szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő. 17

Babarczi - Abos

18

Babarczi - Abos

DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK

DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 64 Quadratic Amplitude Modulation (6 bit információ szimbólumonként)

16 Quadratic Amplitude Modulation 16QAM jelkészlete

64QAM bittérképe

Konstellációs diagramok

Kiszajú vétel

16QAM bittérképe

16QAM vektorképe

Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik. MSB – Most Significant Bit 19

Babarczi - Abos

TELEFONHÁLÓZAT VÁZLATOS STRUKTÚRÁJA A hálózati síkok hierarchiája Nemzetközi központ

Szekunder központok

Fázisingadozás hatása

20

Babarczi - Abos

TELEFONHÁLÓZAT FUNKCIÓI PSTN hívásfelépítés • hívási szándék (hurok zárása) • szabad regiszter (tárcsahang) • tárcsázás • szám érvényességének ellenőrzése • kapcsolatfelépítés • csengetés/foglaltsági jelzés

PSTN trönkhálózati funkciók • a hálózat strukturálása (területi, logikai) • irányonkénti forgalomkoncentrálás • jelzések (hívásfelépítés, bontás, forgalomvezérlés)

Primer és helyi központok 21

Babarczi - Abos

22

Babarczi - Abos

TELEFONHÁLÓZAT HIERARCHIKUS FELÉPÍTÉSE

TELEFONHÁLÓZAT JELLEMZŐI A PSTN hálózat jellemzői •összeköttetés idejére fizikailag fennálló kapcsolat •

az előfizetői hurokban dedikált csatorna minden előfizetőnek

•

DE: forgalomkoncentráció a kapcsolóközpontokban

•a trönkhálózatban osztott erőforrásokért versenyeznek az előfizetői hívások •

méretezés forgalmi jellemzők alapján (Erlang formulák): • hívások beérkezésének jellemzői (forgalmas óra) • összeköttetések fennállásának jellemzői (pl. tartásidő)

23

Babarczi - Abos

Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra 24 Babarczi - Abos felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

TELEFONKÖRZETEK

NAGYVÁROSI STRUKTÚRA

Primer és szekunder körzetek a magyar telefon hálózatban

A budapesti hálózat felépítése A Budapesti központok ún. tandem központokon keresztül kapcsolódnak össze

48 46 Ózd

Salgótarján

47 Kisvárda

Szerencs

45

Miskolc Nyíregyháza

Balassagyarmat

35 32 96

33

Sopron

27

Pápa

89

22 88

95

94

Debrecen

28

Jászberény

57

Budapest

Monor

23

59

29

Karcag

Szigetszentmiklós

Székesfehérvár

Veszprém

Berettyóújfalu

53

Szolnok

54

56

Cegléd

24 25

87

66

Dunaújváros

Primer/szekunder központok

Tapolca

83 Zalaegerszeg

Nemzetközi központ

52

Gödöllõ

1 Biatorbágy

Szombathely Sárvár

36

Szentendre

Tatabánya

44 Mátészalka

42

49 Mezõkövesd

37

26

34

Gyõr

99

Vác

Esztergom

Eger Gyöngyös

Kecskemét

Siófok

Keszthely

76

84

92

Békéscsaba

75

85 93

Kiskõrös

Szentes

Paks

63

Marcali

Nagykanizsa

74

Orosháza

78 Szekszárd

82

77 Kiskunhalas

Kaposvár

68

62 Szeged

79 Baja Pécs Szigetvár

73

72

69 Mohács

Egy-egy szekunder központhoz több primer terület is tartozik

25

Tandem központok Helyi központok

Babarczi - Abos

26

Távbeszélő központok

Babarczi - Abos

Átviteli utak evolúciója

• 2 nemzetközi központ • Kelenföld, Józsefváros • 2 tandem központ • Városmajor, Angyalföld • 10 szekunder központ • Kelenföld, Józsefváros, Győr, Zalaegerszeg, Pécs, Székesfehérvár, Szeged, Szolnok, Debrecen, Miskolc • 54 primer központ (primer körzetenként) • Kb. 60 helyi központ 27

Babarczi - Abos

TELEFONHÁLÓZAT - Összefoglalás

•

PSTN modemes átvitel analóg törzshálózat esetén

•

PSTN modemes adatátvitel

Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra 28 Babarczi - Abos felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

Pulse-Code Modulation (PCM) valós példa

A PSTN hálózat •

• • • •

Public Switched Telephone Network nyilvános kapcsolt telefonhálózat – analóg előfizetői hurok – digitális trönkök (PCM) – tárolt programvezérlésű kapcsolás – hierarchikus forgalomirányítás – előfizetők és központok közötti jelzések vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt) működés alapvetően beszédátvitelre fejlesztették ki további szolgáltatások erre a hálózatra adaptálva PCM kódolás (0,3 – 3,4 kHz-es sáv 3,1 kHz + vedősávok = 4 kHz széles lesz egy beszédcsatorna), 256 kvantálási szint, cél: érthető beszéd átvitele analóg, folytonos idejű jel

analóg, folytonos idejű, sávhatárolt jel

sávszűrő 0,3 ... 3,4 kHz

mintavevő

diszkrét idejű, diszkrét értékkészletű jel (digitális jel)

analóg, diszkrét idejű jel

órajel 8 kHz

Beszédhang Vonatkozó bitsorozat (kb. 180 mV-hoz): 10100110 (első bit az előjel) Kvantálás: logaritmikus karakterisztika (az emberi fül is ilyen)

kvantáló 29

Babarczi - Abos

Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra Babarczi - Abos 30 felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

ISDN modemes adatátvitel

ISDN

ISDN – Integrated Services Digital Network - Integrált szolgáltatású digitális hálózat

Az ISDN szolgáltatásai

Euro-ISDN: Európai szabványok (ETSI) interfészekre, szolgáltatásokra

• Vonalkapcsolt 3,1 kHz beszéd (audio) • Vonalkapcsolt 64 kbit/s digitális átvitel

Az ISDN felhasználási területei • Telefonszolgáltatás • Közvetlen alközponti beválasztás 2x64 kbps 16 kbps jelzés

…

ISDN2 (alapcsatlakozás)

ISDN30 (primercsatlakozás)

• Videokonferencia • Internet kapcsolat • Hitelkártya ellenőrzés (POS)

30x64 kbps 64 kbps jelzés

31

Babarczi - Abos

ISDN ALKÖZPONT

32

Babarczi - Abos

A HOZZÁFÉRÉSI TECHNOLÓGIÁK FEJLŐDÉSE

Közvetlen alközponti beválasztás 463-2664

463-2664 Külső hívás PSTN ISDN

ADSL

ISDN PBX 463-1000 -9999

OECD: 1,5-2 Mbps-tól

2664 •

ISDN-alközpont (PBX, Private Branch Exchange)

•

Beválasztás az alközponti mellékekre 33

Belső hívás

ITU-T

256 kbps alatt keskenysáv

Babarczi - Abos

ASZIMMETRIKUS DIGITÁLIS ELŐFIZETŐI VONAL Asymmetric Digital Subscriber Line - ADSL • Az xDSL technológiák hasznosítják a rézvezeték „rejtett”, kihasználatlan spektrum-kapacitását • A szélessávú szolgáltatások szinte hihetetlen fejlődését indították el

256 kbps-tól szélessáv 34

Babarczi - Abos

ADSL HÁLÓZATOK FELÉPÍTÉSE • Beszéd kodekek elkerülése • DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer •

A/D átalakítás, nyalábolás

• BRAS - Broadband Remote Access Server •

35

Babarczi - Abos

Speciális router

Minden jog fenntartva. Az itt található anyagokat a THSZ tárgy jelenlegi és korábbi hallgatói letölthetik és tanulásra 36 Babarczi - Abos felhasználhatják. Minden más felhasználáshoz a szerzők engedélye szükséges. Nemeth.Krisztian(kukac)tmit.bme.hu

A DIGITÁLIS ELŐFIZETŐI VONAL TÍPUSAI Downstream Letöltés

Upstream Feltöltés

Reach Hatótávolság

PSTN/ ISDN

8 Mbit/s

1 Mbit/s

5 km

Yes

SHDSL

2.3 Mbit/s

2.3 Mbit/s

5 km

Yes

ADSL2

8-12 Mbit/s

1 Mbit/s (+256 kbit/s)

5 km

Yes/No

ADSL2+

16-24 Mbit/s

1 Mbit/s (+256 kbit/s)

5 km

Yes/No

VDSL

52 Mbit/s

16 Mbit/s

1.2 km

Yes

VDSL2

26 Mbit/s

8 Mbit/s

1.2 km

Yes

ADSL

DSL HATÓTÁVOLSÁG A DSL technológiák sávszélessége a távolság függvényében

• Az ADSL2 és ADSL2+ az ADSL továbbfejlesztett változata • PSTN/ISDN nélkül az ADSL2 és ADSL2+ feltöltési sebessége megnő 256 kbit/smal 37

Babarczi - Abos

38

Babarczi - Abos