BME Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar Műszaki menedzser alapszak (BSc)
INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE Dr. Babarczi Péter - Dr. Sallai Gyula BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapest, 2013
A tantárgy tematikája • • • • • • • • • • • •
Bevezetés, infokommunikációs alapok Vezetékes beszédkommunikáció Mobil kommunikáció (beszéd, SMS) Kábel TV hálózatok, műsorszolgáltatás Optikai transzport hálózatok Megbízható hálózatok tervezése Szélessávú kommunikáció IP-alapú kommunikáció Hálózatmenedzsment Jövő Internet kutatási irányok Infokom erőforrások, frekvenciagazdálkodás Kutatás-fejlesztés és innováció-menedzsment
IKRM - Bevezetés
2
Babarczi - Sallai
Mi az infokommunikáció? Hagyományos szakterületek összekapcsolódása 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 IKRM - Bevezetés
3
Babarczi - Sallai
Infokom termékek és szolgáltatások ICT szolgáltatások
ICT termékek Hardver • Szerver • PC, munkaállomás • Irodai informatikai berendezés • Távközlési végberendezés • Kapcsolástechnika • Átviteltechnikai berendezések • Mobil rádiós rendszerek • Adatkommunikáció • Magánhálózati és egyéb ICT ber. Szoftver • Rendszer szoftver • Alkalmazási szoftver
Informatikai szolgáltatások • IT tervezés • IT tanácsadás • IT megvalósítás • IT működtetés, menedzselés • IT fenntartás, támogatás Távközlési szolgáltatások • Telefonszolgáltatás • Mobil telefonszolgáltatás • Adat és bérelt vonali szolgáltatás • Internet és online szolgáltatás • KábelTV szolgáltatás Forrás: EITO
IKRM - Bevezetés
4
Babarczi - Sallai
"Információs társadalmi szolgáltatások„ Egyéni kérelemre, távolból, "elektronikusan" nyújtott infokommunikációs alkalmazások (internet alapú, interaktív multimédia szolgáltatások/alkalmazások)
Példák: • on-line információs szolgáltatás: e-könyvtár, on-line újság, meteorológiai, pénzügyi információk, on-line tőzsdei, jogi, pszichológiai, egészségügyi tanácsadás • on-line ügyintézés: biztosítás, ingatlan, utazás... • on-line oktatás, távorvoslás • e-kormányzat/közigazgatás: információs közszolgáltatások; adók, nyilvántartások, engedélyek, visszatérítések intézése, vélemény-nyilvánítás közügyekben • interaktív szórakoztató szolgáltatás: video-on-demand (VoD), on-line video játékok, virtuális múzeum, ... • e- és m-kereskedelem: új értékesítési csatornák, e-piacterek, virtuális bevásárló központ; kiterjesztett termékek: értéknövelő szolgáltatások termékhez kapcsolása, fogyasztóhoz szabása • mobil-specifikus szolg.: helyfüggő információk, navigálás IKRM - Bevezetés
5
Babarczi - Sallai
Az információs értéklánc integrálódik: információs társadalmi szolgáltatások, alkalmazások Információforrás
Az információs, kommunikációs és média technológiák konvergenciájának bázisán Korlátok: • beruházás, ráfordítás • jogi tiltások • piacismeret hiánya • szakismereti hiány
Tartalom digitális előállítása Tárolás, szerkesztés csomagolás Átvitel gerinchálózaton Elosztás hozzáférési hálózaton
Termékelőállítás: Tartalom/AVmédia technológiák Információs
technológia, Távközlés, adatközlés, számítástech. műsorterjesztés
„Fogyasztás”, végkészüléken
Felhasználó IKRM - Bevezetés
6
Babarczi - Sallai
A menedzselendő infokom rendszer „Next Generation Network” (NGN) LAN/WAN Adatbázis/adatközpont
Internet PABX IP-PABX
Videokonferencia
Telefon IP telefon ISDN Videó
IP útválasztó
Telefax
Szélessávú fényvezetős (optikai) IP hálózat IKRM - Bevezetés
7
M M M M
Babarczi - Sallai
Beágyazódás
forráscsomópont üzenet szegmens H t csomag H H n t keret Hl Hn Ht
KTV
alkalmazási transzport hálózati adatkapcsolati fizikai M
Hl Hn Ht
adatkapcs fizikai
M
Hl Hn Ht
kapcsoló
célcsomópont M Ht
M
Hn Ht
M
Hl Hn Ht
M
alkalmazási transzport hálózati adatkapcsolati fizikai
Hn Ht
M
Hl Hn Ht
M
hálózati adatkapcs fizikai
Hn Ht
M
Hl Hn Ht
M
IP útvonalválasztó
Mi volt a 20. század legnagyobb mérnöki eredménye?
A. Internet C. Automobil
B. Számítógép D. Villamosítás
1. Electrification 2. Automobile 3. Airplane 4. Water Supply and Distribution 5. Electronics 6. Radio and Television 7. Agricultural Mechanization
8. Computers 9. Telephone 10. Air Conditioning and Refrigeration 11. Highways 12. Spacecraft 13. Internet
Forrás: http://www.greatachievements.org/ IKRM - Bevezetés
9
Babarczi - Sallai
EU ICT kutatási tématerületek Smart Spaces including service-centred home and office Smart Energy Systems smart energy management, Green ICT Health & well-being including ambient assisted living, digital medicine Intelligent Transportation Systems: safer & sustainable traffic and transportation systems Future Media and Content Delivery entertainment, education, accessing media Smart Cities towards intelligent and sustainable digital cities
IKRM - Bevezetés
10
Babarczi - Sallai
A Jövő Internetének víziója és kérdéskörei Társadalmigazdasági szempont Élő alkalmazások:
Biztonság és bizalom
Intelligens város, otthon, iroda, közlekedés, e-egészségügy, e-közig, energia, oktatás, 3D média, Agri&Food, stb.
Dolgok
Emberek Tartalom centrikus hálózat
Fenntarthatóság & skálázhatóság
Ambiens és szenzor hálózatok
Ön-menedzselő hálózatok A NiCT jövőképe és FIA2011 Budapest és Poznan alapján IKRM - Bevezetés
11
Babarczi - Sallai
Intelligens energia hálózatok • •
Smart Home, Smart Metering, Smart Grid Néhány irányelv a Horizon 2020-ben • • •
Energiafelhasználás 20%-a megújuló energiaforrásból 2020-ra Szélenergia költségének 20%-kal való csökkentése 2020-ra Napenergia felhasználás 2010-es költségének felezése 2020-ra
• •
ICT önmagában jelentős energiafogyasztó, de nem ez a fő gond Jelenlegi energiahálózat több 100 éves, nem „smart” • A legnagyobb gond az energia tárolása (a termelés és a fogyasztás összehangolása), pl.: csúcs órai forgalom • Meg kell oldani a visszatáplálást a rendszerbe: megújuló energiaforrások bekapcsolása • ICT szerepe óriási a dinamikus kommunikációban!!! IKRM - Bevezetés
12
Babarczi - Sallai
Tartalom (Információ) centrikus hálózatok • Publish/subscribe architektúra •
Az információ keletkezése és felhasználása elválik térben és időben, akár több felhasználója is lehet az információnak • Pl.: RSS feedek, azonnali üzenetküldés
• Az ICN paradigma szerint a kommunikáció sokkal inkább arra irányuljon, hogy milyen információra van szükség ahelyett, hogy az információ hol található •
Hagyományos címzés (IP végpontokat címezzük) nem működik, architekturális változás szükséges • Információ alapján címezzünk
• Alapelv használható peer-to-peer rendszerekben és adatközpontokban IKRM - Bevezetés
13
Babarczi - Sallai
Felhő számítástechnika • Alapvető működési modellje a jelenlegi és jövő infokommunikációs szolgáltatásoknak • Több 10 000 szerver, és folyamatosan növekszik!!!
• Felhők: adatközpontok + azokat összekötő dinamikus hálózat (pl. Facebook (magán), Google Docs, Amazon (publikus), stb.) • •
Biztonság (security és privacy) Magán jobban optimalizálható (pl.: energiafogyasztás)
• Virtualizáció: több millió végpont
IKRM - Bevezetés
14
Babarczi - Sallai
Az információs világpiac (kb. 4.5 mrd €) E- média - online tartalom médiaeszközök, tartalomszolgáltatás, Internet alkalmazások (40%) Szórak. elektronika Informatika (7.5%) HW, SW, adatkezelés, feldolgozás (20%)
RTV műsorterjesztés (7,5%)
Távközlés végkészülékek, hálózati berendezések, kommunikációs szolgáltatások (25%) TERMÉKEK SZOLGÁLTATÁSOK É-Amerika, Európa, Ázsia-Pacific kb. 30-30% IKRM - Bevezetés
15
Babarczi - Sallai
Az ICT gazdasági szerepének fázisai Információs társadalom
2008 Világ: szűken vett ICT 6,5% HÁLÓZAT -ALAPÚ TUDÁS KONVERGENCIA TÁRSADALOM
1996 Ny-Eu: ICT 4,6%
LIBERALIZÁCIÓ
TERMÉSZETES MONOPÓLIUM Telefónia 1900 IKRM - Bevezetés
versenykörnyezet kialakítása
Mobil telefon 1985
2000 16
Szélessáv, mobilitás, multimédia
2012
Integrált információs társadalmi alkalmazások
[IDATE2009] Babarczi - Sallai
ICT/INFOKOM MÉRNÖKI TEVÉKENYSÉG MŰSZAKI
VEZETÉS
FEJLESZTÉS
LÉTESÍTÉS
MŰKÖDTETÉS
Tudományos kutatás, kísérleti fejlesztés; technológia, termék, szolgáltatás, alkalmazás fejlesztés; szabadalmaztatás szabványosítás
Áramkörtervezés, rendszer-, hálózat, szolgáltatástervezés, testreszabás, beruházás; kivitelezés tervezés, megvalósítás
Értékesítéstámogatás üzemeltetés, fenntartás, javítás, ügyfélgondozás, minőségbiztosítás, hálózat/szolgáltatás menedzsment
VEZETÉSTÁMOGATÁS Tervezés, szervezés, koordináció, üzletfejlesztés, tanácsadás; innováció, IPR, szerződéskezelés
Kulcs: Műszaki, gazdasági, ügyfél és környezet szemlélet Probléma megoldás, alkotás, projekt, mérés, pontosság IKRM - Bevezetés
17
Babarczi - Sallai
BME Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar Műszaki menedzser alapszak (BSc)
INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE Infokommunikációs alapfogalmak
Dr. Babarczi Péter - Dr. Abos Imre BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapest, 2013
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) IKRM - Alapfogalmak
19
Babarczi - Abos
JELEK OSZTÁLYOZÁSA Folytonos amplitudó
Időben folytonos
Időben diszkrét
Mintavételezett jel
Diszkrét amplitudó
Analóg jel
Diszkretizált analóg jel IKRM - Alapfogalmak
Digitális jel 20
Babarczi - Abos
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): meghatározásánal a logaritmikus decibel-skálát használják.
Arány dB telj.
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) IKRM - Alapfogalmak
21
Babarczi - Abos
ÁTVITEL ZAJOS CSATORNÁN Shannon (1948) meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára:
C = H·log2(1 + S/N) bit/s ahol
C - a maximális adatátviteli sebesség (bit/s), H - az átviteli csatorna sávszélessége (Hz), S - az átlagos jelteljesítmény (mW), N - az átlagos zajteljesítmény (mW).
Pl.
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.
IKRM - Alapfogalmak
22
Babarczi - Abos
AMPLITÚDÓMODULÁCIÓ
m a modulációs mélység
IKRM - Alapfogalmak
23
Babarczi - Abos
MODULÁLT JELEK SPEKTRUMKÉPE Amplitúdómoduláció (AM)
Moduláló jel spektruma
Vivőfrekvencia
Két oldalsávos AM (AM-DSB – AM Double Side Band) A modulált jel spektrumában a vivőfrekvencia mindkét oldalán megjelenik a moduláló jel spektruma, a két oldalsáv
Két oldalsávos, elnyomott vivőjű AM (SC - Supressed Carrier) IKRM - Alapfogalmak
24
Csonka oldalsávos AM (AM - Vestigial Side Band) Babarczi - Abos
FREKVENCIAMODULÁCIÓ
ω vivő mod = ω v + k·Um ·cos(ωm ·t) Max. frekvenciaváltozás: frekvencialöket
∆ f = k·Um
Modulációs index: mf (a frekvencialöket hányszorosa a moduláló frekvenciának)
IKRM - Alapfogalmak
25
Babarczi - Abos
MODULÁLT JELEK SPEKTRUMKÉPE Frekvenciamoduláció (FM)
Moduláló jel
Vivőfrekvencia
FM-nél a modulált jel spektrumának sávszélessége a modulációs indextől függ. A grafikonbóól kapott α index alapján a modulált FM jel sávszélessége BFM: Szélessávú FM
Normál FM
IKRM - Alapfogalmak
26
Babarczi - Abos
AZ ANALÓG HÍRKÖZLÉS BLOKKVÁZLATA
DEMODULÁLÁS, DEKÓDOLÁS
KÓDOLÁS, MODULÁLÁS
A zajos csatornán átvitt modulált információ:
Eredeti információ IKRM - Alapfogalmak
Továbbított jel
Vett információ (jel + zaj)
27
Babarczi - Abos
SHANNON MINTAVÉTELI TÉTELE A mintákból az eredeti jel akkor állítható vissza, ha az fs mintavételezési frekvencia nagyobb az eredeti jel fmax maximális frekvenciájánál: 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
IKRM - Alapfogalmak
28
Babarczi - Abos
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Frekvenciamoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1
Fázismoduláció, pl. 10010111 bitsorozat 1 0 0 1 0 1 1 1
IKRM - Alapfogalmak
29
Babarczi - Abos
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Gaussian Minimum Shift Keying
8 Phase 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. IKRM - Alapfogalmak
A 8 fázisú modulációnál minden szimbólumhoz 3 bit tartozik, ezáltal a tényleges sebesség (azaz a bit rate) háromszorosára nő. 30
Babarczi - Abos
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK Quadratic Phase Shift Keying QPSK jelkészlete
QPSK bittérképe
QPSK vektorképe
IKRM - Alapfogalmak
31
Babarczi - Abos
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 16 Quadratic Amplitude Modulation 16QAM jelkészlete
16QAM bittérképe
16QAM vektorképe
IKRM - Alapfogalmak
32
Babarczi - Abos
DIGITÁLIS MODULÁCIÓS ELJÁRÁSOK 64 Quadratic Amplitude Modulation 64QAM bittérképe
Konstellációs diagramok
Kiszajú vétel
Bármely két szomszédos kód csak egyetlen bitben különbözik. MSB – Most Significant Bit IKRM - Alapfogalmak
Fázisingadozás hatása
33
Babarczi - Abos
A 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 IKRM - Alapfogalmak
Továbbított információ 34
Visszaállított információ Babarczi - Abos
Kódolás • Forrás csomópont (Információ- és kódelmélet) • • •
Forrás kódolás - Digitális információt tömör formában reprezentálni Titkosítás - Információ illetéktelenek előli elrejtése Csatorna kódolás - Információ hibátlan továbbítása
• Belső csomópont • •
Hálózati kódolás - Összeköttetések versenyzés helyett együttműködjenek a gazdaságos erőforrás használatért Digitális jelek véges elemkészlet véges test Algebra
IKRM - Bevezetés
35
Babarczi - Sallai
