INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE. BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE ALAPFOGALMAK VEZETÉKES HOZZÁFÉRÉS Dr. Babarczi Péter egyetemi adjunktus BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport

2

Elektronikus hírközlő hálózat • Elektronikus hírközlő hálózat: • 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)

3

ANALÓG ÉS DIGITÁLIS JELEK Jelek átvitele fizikai szinten, modulációs eljárások

4

Jelek osztályozása – Analóg jelek Folytonos amplitúdó

Időben folytonos

Analóg jel

5

Analóg hírközlés blokkvázlata

DEMODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS

KÓDOLÁS, MODULÁLÁS

A zajos csatornán átvitt modulált információ:

Eredeti információ

Továbbított jel

Vett információ (jel + zaj)

6

Amplitúdómoduláció Idő tartomány

Frekvencia tartomány

Moduláló jel spektruma

Vivőfrekvencia

7

Frekvenciamoduláció Idő tartomány

ω vivő mod = ω v + k·Um ·cos(ωm ·t)

Frekvencia tartomány

8

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

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

• Arány 0,001 0,01 0,1 0,5 1 2 10 100 1000 • dB telj. -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 – amplitúdó)

9

Analóg átvitel zajos csatornán • Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet

zajos csatornára (Shannon-Hartley tétel): C = H·log2(1 + S/N) bit/s • C - a maximális adatsebesség (bit/s), • H - az átviteli csatorna sávszélessége (Hz), • S - az átlagos jelteljesítmény (mW), • N - az átlagos zajteljesítmény (mW).

• Maximális adatsebesség vezetékes beszéd analóg átvitele esetén: • H = 4000 Hz (beszédsáv) • S/N = 16000 (tipikus) • C = 4000·log2(1 + 16000) = 4000·14 = 56 kbit/s • Maximum 56 kbit/s adatátviteli sebesség érhető el, függetlenül a

jelszintek számától.

10

Jelek osztályozása – Digitális jelek

Analóg jel

Időben diszkrét

Mintavételezett jel

Diszkrét amplitúdó

Folytonos amplitúdó

Időben folytonos

Diszkretizált analóg jel

Digitális jel

11

Shannon mintavételi tétele Mintavétel + kvantálás eredménye: 0-1 bitsorozat • 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) Átviteli sebesség = 8000×8 = 64000 bit/s Az ISDN csatornák sebessége 64 kbit/s

12

Digitális hírközlés blokkvázlata

Tömörítés, kódolás, modulálás

Demodulálás, dekódolás, kibontás

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

Eredeti információ

Továbbított információ

Visszaállított információ

13

Digitális modulációs eljárások Frekvencia- és fázismoduláció

• Frekvenciamoduláció • A bitsorozat: 10010111 • A frekvenciát változtatjuk az átviendő információ függvényében. • Fázismoduláció • A bitsorozat: 10010111 • A vivő jel fázisa változik az átviendő információ függvényében.

1

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

14

Digitális modulációs eljárások GMSK és 8PSK modulációk • Gaussian Minimum Shift Keying • 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.

• 8 Phase Shift Keying • A 8 fázisú modulációnál minden

szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő.

15

Digitális modulációs eljárások Quadratic Phase Shift Keying (QPSK) QPSK jelkészlete

QPSK bittérképe

QPSK vektorképe

16

Digitális modulációs eljárások 16 Quadratic Amplitude Modulation (16QAM) 16QAM jelkészlete

16QAM vektorképe

16QAM bittérképe

17

Digitális modulációs eljárások 64 Quadratic Amplitude Modulation (64QAM)

Konstellációs diagramok

64QAM bittérképe Kiszajú vétel

• • •

6 bit információ szimbólumonként Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik MSB – Most Significant Bit

Fázisingadozás hatása

18

PUBLIC SWITCHED TELEPHONE NETWORK (PSTN) Vezetékes telefonhálózat

19

Hálózati síkok logikai hierarchiája Nemzetközi központok (Kelenföld, Józsefváros)

Szekunder központok

Primer és helyi központok

20

A PSTN hálózat Nyilvános kapcsolt telefonhálózat • Vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt) működés, azaz fémes

kapcsolat a hívó és hívott fél között (ma már virtuális) • Alapvetően beszédátvitelre fejlesztették ki, így további szolgáltatások erre a hálózatra adaptálva (ISDN, ADSL) • Jellemzői: • Analóg előfizetői hurok (felhasználótól első központig) • Dedikált csatorna minden előfizetőnek (telefonba menő csavart réz érpár) • Digitális trönkök központok között • Osztott közeghozzáférés (FDM + TDM) • A hálózat strukturálása (területi + logikai) • Tárolt programvezérlésű kapcsolás a központokban (automatikus

kapcsolás hívott központ felé) • Hierarchikus forgalomirányítás • Előfizetők és központok közötti jelzések • Hívásfelépítés, bontás, forgalomvezérlés

21

Telefonhálózat hierarchikus felépítése

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

22

PSTN hálózatok működése • PSTN hívásfelépítés • hívási szándék (hurok zárása = telefonkagyló felemelése), • szabad regiszter (tárcsahang), • tárcsázás (hívott fél számának megadása), • szám érvényességének ellenőrzése (folyamatosan tárcsázás közben), • kapcsolatfelépítés (hívó – hívó primer/helyi központja – (szekunder központ – nemzetközi központ – szekunder központ) - hívott primer/helyi központja - hívott), • csengetés/foglaltsági jelzés. • A trönkhálózatban osztott erőforrások • Hívás akkor tud kiépülni, ha minden hívó-hívott közötti központ között van szabad (TDM/FDM) csatorna • Kapcsolóközpontok közötti trönkök méretezés forgalmi jellemzők alapján (Erlang formulák): • hívások beérkezésének jellemzői (forgalmas óra), • összeköttetések fennállásának jellemzői (pl. tartásidő).

23

Telefonkörzetek Primer és szekunder körzetek a magyar telefon hálózatban

• 10 szekunder központ • Kelenföld, Józsefváros, Győr, Zalaegerszeg, Pécs, Székesfehérvár, Szeged, Szolnok, Debrecen, Miskolc 48

• 54 primer központ • primer körzetenként • 60 helyi központ

46 Salgótarján

47 45 Nyíregyháza

35 32

Eger Gyöngyös

96

Vác

Esztergom

33

27

52

1

Pápa

89

22 88

Debrecen

28

Jászberény

57

Budapest

23

95

Mezõkövesd

Gödöllõ

Biatorbágy

94

49

Szentendre

Tatabánya

Monor

59

29

Karcag

Szigetszentmiklós

Székesfehérvár

Veszprém

Berettyóújfalu

53

Szolnok

54

56

Cegléd

24 25

87 83

66

Dunaújváros

Tapolca Kecskemét

Siófok

Keszthely

76

84

92

Békéscsaba

75

85 93

44 Mátészalka

42

36

37

26

34

Gyõr

99

Zalaegerszeg

Kisvárda

Szerencs

Miskolc

Balassagyarmat

Sopron

Szombathely Sárvár

Ózd

Kiskõrös

Szentes

Paks

63

Marcali

Nagykanizsa

78

74 Szekszárd

82

79 Baja Pécs Szigetvár

73

72

69 Mohács

Orosháza

77 Kiskunhalas

Kaposvár

62 Szeged

68

Egy-egy szekunder központhoz több primer terület is tartozik

24

Nagyvárosi hierarchia A budapesti hálózat felépítése

• A budapesti központok tandem központokon keresztül

kapcsolódnak egymáshoz • Üzleti forgalom elsősorban városon belül, felesleges megterhelni a

hierarchia felsőbb szintjeit Nemzetközi központ

Primer/szekunder központok Tandem központok (Városmajor, Angyalföld) Helyi központok

25

Pulse-Code Modulation (PCM) kódolás A digitális trönkökön

• Cél: érthető beszéd átvitele • Érthető beszéd 0,3 – 3,4 kHz-es sáv (3,1 kHz) • Védősávokkal együtt 4 kHz széles lesz egy beszédcsatorna • Mintavételezés Shannon-tétel alapján 8kHz • 256 kvantálási szint (8 bit) • 8000*8 = 64kbit/s

analóg, folytonos idejű jel

analóg, folytonos idejű, sávhatárolt jel

sávszűrő 0,3 ... 3,4 kHz

mintavevő órajel 8 kHz

diszkrét idejű, diszkrét értékkészletű jel (digitális jel)

analóg, diszkrét idejű jel

kvantáló


26

Pulse-Code Modulation (PCM) Valós beszédhang • Kvantálás: logaritmikus karakterisztika (az emberi fül is ilyen) • Vonatkozó bitsorozat (kb. 180 mV-hoz): 10100110 (első bit az előjel)


27

ADATKOMMUNIKÁCIÓ A PSTN ELŐFIZETŐI HURKON Integrált szolgáltatású digitális hálózat (ISDN) Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal (ADSL)

28

ASCII kódtábla Szövegek binárissá alakítása (0-1 átvitel hálózaton, pl. a – 0110 0001)

29

A hozzáférési technológiák fejlődése

ADSL

OECD: 1,5-2 Mbps-tól

ITU-T

256 kbps alatt keskenysáv

256 kbps-tól szélessáv

30

PSTN átviteli utak evolúciója Modemes adatátvitel (fent: analóg trönkhálózat, lent digitális trönkálózat)


31

ISDN modemes átvitel Integrated Services Digital Network - Integrált szolgáltatású digitális hálózat

• ISDN csatlakozás típusai:

2x64 kbps adat csatorna (1 beszéd + 1 adat) 16 kbps jelzés csatorna

ISDN30 (primer csatlakozás)

…

ISDN2 (alap csatlakozás)

30x64 kbps adat csatorna 64 kbps jelzés csatorna


32

ISDN felhasználási területei 463-2664

ISDN-alközpont (PBX, 463-2664 Private Branch Exchange)

Külső hívás PSTN ISDN

• Telefonszolgáltatás

463-1000 -9999

• Közvetlen alközponti beválasztás • Videokonferencia • Internet kapcsolat • Hitelkártya ellenőrzés (POS)

2664

Belső hívás

33

Aszimmetrikus digitális előfizetői vonal Asymmetric Digital Subscriber Line

• Az xDSL technológiák hasznosítják a rézvezeték „rejtett”,

kihasználatlan spektrum-kapacitását • A szélessávú szolgáltatások szinte hihetetlen fejlődését indították el

34

ADSL hálózatok felépítése • Cél: Beszéd kodekek elkerülése • Nagyobb adatsebesség valósítható meg • DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer • A/D átalakítás, nyalábolás • BRAS - Broadband Remote Access Server • Speciális router


35

xDSL digitális előfizetői vonal típusai • Az ADSL2 és ADSL2+ az ADSL továbbfejlesztett változata • PSTN/ISDN nélkül az ADSL2 és ADSL2+ feltöltési sebessége megnő

256 kbit/s-mal Downstream Letöltés

Upstream Feltöltés

Reach Hatótávolság

PSTN/ ISDN

ADSL

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

36

Az xDSL technológiák hatótávolsága Elérhető maximális sávszélesség a távolság függvényében

37

Optikai hozzáférési lehetőségek Fiber to the … (FTTx)

Home (Otthon) Building (Épület) Curb (Akna) Cabinet (Szekrény)

OLT - Optical Line Termination (optikai vonalvégződés) ONU - Optical Network Unit (optikai hálózati végződés)

38

Optikai hozzáférési lehetőségek Aktív optikai hálózat • Az aktív optikai elosztó hálózatok aktív, távtáplált eszközt

tartalmaznak az OLT és az ONT között. • Az aktív eszköz csak annak a felhasználónak továbbítja a tartalmat, aki a címzett. • Szimmetrikus, mindkét irányban 100 Mbit/s sebesség

39

Optikai hozzáférési lehetőségek Passzív optikai hálózat • PON – Passive Optical Network (passzív optikai hálózat) • Nincsenek aktív eszközök (erősítők, processzorok, memóriák, egyéb

készülékek) • Az optikai berendezésekre csak a forgalom osztása végett van szükség

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE. BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék MTA-BME Lendület Jövő Internet Kutatócsoport

Recommend Documents