Konvergence komunikačních sítí Ing. Petr Sedlák
19.11.2013
Tato přednáška je podporována projektem č. CZ.1.07/2.2.00/28.0062 "Společné aktivity VUT a VŠB-TUO Š O při ř vytváření ář í obsahu b h a náplně á l ě odborných db ý h akreditovaných k d ý h kurzů k ů ICT" C "
Konvergence Aneb sbližování (čeho?) Přenosových médií (sítí) Signálů Mobilních M bil í h sítí ítí Protokolů Služeb Řešení Datových nosičů Myšlení (systémového)
Vývoj přenosové rychlosti ke koncovému uživateli ¾ První modemy ( 6060-tá léta) : 300bit/s ¾ Poslední typy modemů : 56kbit/s ¾ (90 (90--tá léta používající telekomunikační linku ) ¾ První začátky DSL : 256kbit/s (90(90-tá léta) ¾ Současné ADSL: nejčastěji 8Mbit/s (velmi závisí na délce přípojky ří jk od d DSLAM) ¾ Optické přípojky FTTH : 100Mbit/s (současnost)
Nároky na přenosovou rychlost účastnické přípojky ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
E-mailil ((text)) Telefax G4 VoIP Internetové rádio Videotelefon Prohlížení webových stránek Videokonference I t Internetová t á televize t l i Online hraní her IPTV (SDTV) IPTV (HDTV)
30 až ž 50 kbit kbi /s kbit/s / 16 až 64 kbit kbit/s /s 30 až 120 kbit kbit/s /s 16 až 128 kbit/s 80 až 250 kbit kbit/s /s 0,2 až 1 Mbit Mbit/s /s 0,2 až 2 Mbit/s Mbit/s 0 1 až 0,1 ž 2 Mbit/s Mbit/ 0,6 až 3 Mbit/s Mbit/s 3 až 5 Mbit Mbit/s /s 10 až 20 Mbit Mbit/s /s
Přenosová rychlost LAN – vývoj Ethernetu ¾ Ethernet v praxi: – 10 Mbit/s Mbit/s (1990) – 10 Mbit/s po vlákně pro Datacentra (1994) – 100 Mbit/s Mbit/s (1995) – 1 Gbit/s Gbit/s (1998) – 10 Gbit/s Gbit/s (2002) – 40/100 Gbit/s Gbit/s (2010) – 1 TbE plánovaný na rok 2015 ????
Oficiální generace konvergencí (telekomunikační pohled)
¾ 1G - di digitální i ál í síť íť iintegrovaných ý h služeb l ž b (ISDN) (ISDN), kkterá á jje založena l ž na přepojování okruhů ¾ 2G - širokopásmová ISDN (Broadband (Broadband ISDN, B B--ISDN), kde je prioritním přenosovým módem ATM ¾ 3G - sítě IP, které jsou založeny na přepojování paketů (Internet) ¾ 4G – NGN ((Next Next Generation Network, NGN) využívající multimediální dílčí systém IP (IP Multimedia Subsystem, Subsystem, IMS).
Konvergence g ¾ Konvergence – sbližování (z lat. con con--vergere - ohýbat k sobě) ¾ Neplést s pojmem Konverze – převod (signálu)
Konvergenci přenosových médií lze označit za pasivní konvergenci.. konvergenci Přenosovým médiem označujeme přenosovou trasu ve fyzickém Provedení (na fyzické vrstvě ISO/OSI modelu).
K Konvergenci i signálů i álů llze označit čit za aktivní kti í konvergenci. konvergenci k i.
Pasivní konvergence g ¾ K Konvergence (pasivní) ( i í) přenosových ř ý h médií édií se vyvíjela íj l v d duchu h rostoucích přenosových rychlostí po vítězství digitalizace analogových signálů. ¾ Kategorie kabeláží Cat 3 – šířka pásma 16 MHz pro 10 Mb Mb/s /s Cat 5 – šířka pásma 100 MHz pro 100 Mb Mb/s /s Cat 5E - šířka pásma 100 MHz (350 MHz) pro 1000 Mb Mb/s /s - GE Cat 6 – šířka pásma 250 MHz pro GE a 10 GE Cat 6A – šířka pásma 500 MHz pro 10 GE Cat 7 – šířka pásma 600 MHz Cat 7A – šířka pásma 1000 MHz (1200 MHz) x Multimediální kabeláže
Pasivní konvergence
¾ Multimediální kabeláže - na bázi TP kabelu - na bázi koaxiálního kabelu (MoCa (MoCa - Multimedia over Coax Alliance) Alliance) - na bázi optického kabelu (POF - Plastic Optical Fibre Fibre,, Toslink Toslink)) ¾ MediaTwist – UTP kabel, šířka pásma 350 MHz pro data, 550 MHz pro analogový signál ¾ Základ pro šíření jakéhokoliv signálu v nekomprimované podobě po jediném kabelu ¾ Podpora konektorů - VGA, RCA, F, BNC, Jack 3,5“, SS-video, HDMI, USB, BAS, Repro terminal ¾ - IEC konektor (vestavěný BALUN) pro rozvod TV signál u po UTP kabeláži pomocí zařízení TV HUB (vstup F a výstupy RJ45)
¾ Konvergence telefonních rozvodů (separátních, (separátních protože pro datový rozvod sloužila nejprve koaxiální kabeláž) a datových rozvodů postavených na kabeláži TP (Twisted (Twisted Pair – kroucená dvoulinka dvoulinka). ).
¾ Telefonní rozvod na TP kabeláži využíval páry Cat 3 – spojitý analogový signál s šířkou pásma 3,1 kHz
¾ Datový D t ý rozvod d na TP kkabeláži b láži Cat 3 – digitální signál s šířkou pásma (dle normy ANSI/TIA/EIA 568, později ISO/IEC 11801 a následně EN 50173)) 10 Mb/s Mb/s ¾ Vznik myšlenky strukturované kabeláže, po níž lze současně šířit digitální data a analogový hlas vedl k využívání jediného 44-párového TP kabelu pro oba signály signály. ¾ Protože telefonní rozvod potřebovat pouze 1 pár z kabelu v provedení TP, docházelo k rozpletení kabelu na jednotlivé páry. ¾ To však norma nepřipouštěla a nepřipouští.
Výchozí stav
Konvergovaná IP síť
Technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode -Asynchronní přenosový mód) JJe/byla /b l univerzální i ál í velmi l i rychlá hlá di digitální i ál í technologie, h l i kkterá á vyhovuje h j nejnáročnějším potřebám přenosu dat mezi počítači, schopna přenášet velmi rychle bloky dat pro multimediální aplikace. ATM není technologií založenou na fyzické úrovni, není závislá na fyzickém přenosovém prostředí prostředí. ATM přepíná takzvané ATM buňky (pakety pevné délky 53 B). Technologii ATM lze považovat za kompromis mezi technikami přepojování okruhů a přepojování paketů – kompromis mezi světem telekomunikací a světem dat.
Šířka pásma Šířk á - standardizovány t d di á jjsou rychlosti hl ti 155 a 622 Mb Mbps. Tyto rychlosti jsou dostatečné pro většinu multimediálních aplikací používající kompresi. Flexibilita a garance kvality služeb - podpora aplikací s různými přenosovými a komunikačními požadavky (na šířku pásma, zpoždění, chybovost) Umožňuje dynamickou změnu šířky pásma pro každou chybovost). aplikaci, zatímco spojově orientované služby poskytované ATM mohou rezervovat prostředky k zaručení QoS pro každou aplikaci. Technologie ATM garantuje doručení dat ve stejném pořadí, v jakém byla odeslána, nedokáže však garantovat samotné doručení. Asynchronní přenosy ATM se do referenčního modelu ISO/OSI nedají úplně přesně zařadit (nejvíce se blíží spojové vrstvě).
ATM nepřežil ř ž konkurenční č í boj s Ethernetem!
¾ Konvergence signálů na IP protokolu - data - hlas (VoIP (VoIP – Voice over IP) - video (IP Cam Cam)) - šíření TV signálu g ¾ Zařízení pracující na IP protokolu - datové zařízení - IP telefony - IP kamery - IP audio/video zařízení (převodníky, přepínače, extendery extendery)) ¾ Princip činnosti je postaven na komprimaci signálu a komprimačních protokolech.
„Komprimace Komprimace je metodou metodo efekti efektivní ní repre reprezentace entace zdrojového signálu v digitálním tvaru nejnižším možným počtem bitů při zachování požadavku přijatelné ztráty věrnosti. Jako zdrojový signál, který potřebujeme přenášet či uchovat, uchovat tedy uvažujeme obraz, obraz zvuk nebo video.“ ¾ Využívají V ží jí ji multimediální lti diál í sítě ítě pro šíření šíř í - audio (hlas, hudba) - video id (V ((VoIP VoIP, V IP, Cam C , TV) Cam, - obraz (foto, dokumenty) - data d + text
¾ Komprimační algoritmy - JPEG (Joint Photographic Experts Group) – statické snímky - MPEG (Moving Pictures Expert Group) – digitální video - H.261/H.263 (videokonference)
¾ Problematika ztrátové komprimace - kompromisní metoda (kvalita x velikost souboru)
¾ Zařízení pro komprimaci - DSP (Digital Signal Processing) Processing)
PoE (Power over Ethernet Ethernet)) - Napájení IP zařízení ¾ Standardy: - IEEE 802 802.3af 3af pro 48 V při 400 mA na jeden odběr, max. 15,4 W - IEEE 802.3at (PoE (PoE+) +) pro 25,5 W ¾ Princip: - napájení po volných párech (4 (4,5 5a7 7,8) 8) - napájení pomocí fantomového napětí (na párech 1,2 a 3,6)
¾ Aktivní konvergence bez komprimace (v nekrompomisním provedení)
¾Standardy: - HDMI 1.4 - DisplayPort - DiiVA (Digital Interface for Video and Audio) - HDBaseT
¾Kabeláže: - HDMI kabely y a konektoryy - DisplayPort kabely a konektory - TP kabely Cat6 a DiiVA konektory - TP kabely od Cat 5E s konektory RJ45
HDBaseT ¾ Přenos signálů: ů - nekomprimované video - nekomprimované audio - Ethernet 100BaseT - napájení p j ((PoH PoH)) - sériový signál Vše po jednom TP kabelu! ¾ Nepoužívá se: - IP protokol (není to Ethernet Ethernet)) - přenos paketů - PAM 5 p pro FE
HDBaseT ¾ Za Z základ ákl d aktivní k i í konvergence k v HDBaseT HDB HDBaseT™ T™ lze T™ l považovat ž technologii 5Play ¾ Konvergence všech signalů pomoci technologie 5Play ¾ Valens Semiconductor – výrobce čipové sady ¾ HDBaseT Alliance Alliance:: - Valens Semiconductor - LG Electronics - Samsung Electronics - Sony Pictures Entertainment - (Panasonic, Pioneer,…)
HDBaseT – zařízení (1 generace HDBaseT (1. HDB HDBaseT) T) T) ¾ HDBaseT zařízení: -
Extender HDMI – vysílač, pijímač Splitter HDMI Distributor HDMI Switcher – přepínač (Matrix)
8 8 Matrix ffor HDMI 8x8
HDBaseT - zařízení Alternativní provedení zařízení HDBaseT 1. generace
HDBaseT – v praxi (2 generace HDBaseT (2. HDB HDBaseT) T) T) Panasonic PT-VW431D
HDBaseT - měření Měření parametrů kabeláže pro HDBaseT
HDBaseT - měření Výsledky měření parametrů kabeláže pro HDBaseT
HDBaseT - doporučení
¾ Wireless – bezdrátové technologie ¾ IP2W (IP to Wireless) Wireless) ¾ Začlenění do síťové infrastruktury: - IEEE 802.11 a, b, g, n v pásmu 2,4 a 5 GHz - Bluetooth 802.15.1 v pásmu 2,4 GHz - 2G (GSM) v pásmu 900 MHz a 1,8 GHz - 2,5G 2 5G (GPRS - General G l Packet P k t Radio R di Services S i ) - 3G cellular rez. pásmo 400 MHz – 3 GHz ((3GSM=UMTS - Universal Mobile Telecommunications Service) - 4G IP (Mobile WiMAX, WiMAX, LTE – Long Term Evolution) pásmo 900 MHz – 2,6 GHz přenosové rychlosti 0,5/1 Gb/s Gb/s (LTE)
¾ Konvergence K v průmyslovém ů l é prostředí ř dí ¾ Konvergence sériového přenosu na IP – CIP (Common Industrial Protocol Protocol)) ¾ CIP je určen pro aplikace v průmyslové automatizaci
EtherNet/IP – průmyslový komunikační protokol EtherNet/IP (Industrial Ethernet – IE)
Konvergence v síťové infrastruktuře ¾ IP konvergence – je konvergence v síťové infrastruktuře využívající vlastnosti IP protokolu. ¾ Ukázka hlasového vzorku VoIP v rámci Ethernetu
¾ Uká Ukázka k zapouzdření dř í rámců á ů MPEG v rámci á i Ethernetu Eh
G.711 – telekomunikační standard pro kódování signálu RTP – protokol pro multimediální přenosy v reálném čase
MAN bez konvergence
MAN s konvergencí (MPLS)
MAN s konvergencí PSTN
NGN Next Generation Network
NGN ¾ NGN (N ((Next N Next G Generation i Network) N k) jje kkonvergovaná á síť. íť ¾ Doporučení ITUITU-T Y.2001 definuje NGN jako sítě založené na přepojování paketů, paketů s možností garance kvality služby služby, kde funkce týkající se služeb jsou nezávislé na konkrétní použité přenosové technologii. ¾ Sítě NGN poskytují obecnou mobilitu, která bude umožňovat kontinuální a všudypřítomné poskytování služeb uživatelům. ¾ Model NGN odděluje služby a přenos na úroveň služeb a úroveň přenosu. ¾ Dodatek ITUITU-T Y.2011 doporučuje vhodný OSI model pro NGN. ¾ Doporučení ITUITU-T Y.120 definuje model konvergence sítí.
Konvergence g služeb ¾ Oblast Obl působnosti ů b i – multimediální l i diál í přístupové ří é sítě. íě ¾ Nabízené služby v širokém rozsahu pomocí jediné účastnické přípojky! (radiový přístup je uvažován jako jedna účastnická přípojka)
¾ Kabelové prostředky z hlediska koncového zařízení vyžadují různá koncová zařízení pro různé služby. X ¾ Mobilní radiové prostředky naopak integrují všechny služby do jednoho konvergovaného koncového zařízení.
4 typy konvergence služeb ¾ Základní (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, týká se analogových i digitálních služeb) ¾ Přenosová (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, týká se digitální služby založené na různých mechanismech přenosu) ¾ IP konvergence (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, přes jedno účastnické rozhraní na základě přepojování IP paketů) ¾ Mobilní (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, přípojce zahrnuje digitální služby založené na různých přenosových mechanismech, které jsou realizovány v rámci jednoho koncového zařízení
IP konvergence g ¾ HDMI over GE - HDMI signál 1.3c po kabeláži Cat 6 - rozlišení 1080p - vysílač Tx - přijímač Rx - přímé napojení - napojení j í přes ř aktivní kti í prvekk sítě ítě (s více přijímači) - multi napojení přes aktivní prvek sítě (s více přijímači a s více vysílači) 16 Tx na 200 Rx pro zařízení Belden (HPC Technology Inc Inc.) .)
IP konvergence přenosové parametry zařízení ¾ Konektory K k – HDMI, HDMI RJ45, RJ45 IR JJack, k napájení áj í 5V ¾ Vstupní signály: - TTL (5 V) - video (1,2 V pp-p) ¾ Výstupní signál: - šířka šířk pásma á 225 MH MHz ((potažmo t ž 6 6,95 95 Gb Gb//s) Gb/s) / ) - HD 1080p/60Hz - maximální rozlišení 1920x1200
Přímé napojení
Přímé napojení na vzdálenost 100 m kabelu TP
Napojení přes aktivní prvek
Multi napojení přes aktivní kti í prvek k Multi napojení vyžaduje: - adresaci zařízení Tx - adresaci d i zařízení ří í Rx R
- možnost libovolného křížového propojení zařízení ří í Tx T a Rx R
Konvergence a ICT bezpečnost b č t ¾ Normy pro IP konvergenci v ICT: - ITU ITU--T Y.2700 NGN Security (telekomunikační směr) ITU-T Y.2701 - Security requirements for NGN ITUITU--T Y.2704 ITU Y 2704 - Security Sec rit mechanisms and procedures proced res for NGN
- ISO/IEC 27033 Část 6 Information technology - … - Network security – IP Convergence (datový směr)
Literatura www.hdbaset.org www hdbaset org www.valens.com
4 0 - Kč 470,470, č na Internetu
