THSZ Távközlı hálózatok és szolgáltatások Technológiai, fizikai, gazdasági háttérismeretek Gyakorlat
dr. Henk Tamás BME TMIT 2007. szept. 18.
A tantárgy felépítése
1. Bevezetés Bemutatkozás, játékszabályok, stb. Történelmi áttekintés Mai távközlı rendszerek architektúrája
Technológiai, fizikai, gazdasági háttérismeretek
2. IP hálózatok elérése távközlı és kábel-TV hálózatokon
3. Kapcsolástechnika 4. Mobiltelefon-hálózatok 5. Jelátviteli követelmények, kodekek 6.Gerinchálózati technikák 7. Távközlı rendszerek telepítése és üzemeltetése 8. Forgalmi követelmények, hálózatméretezés 9. Jelzésátvitel 10. Távközlı rendszerek szoftver elemei 11. Hálózatok összefoglalása 12. Hálózati szolgáltatások 2
Gyakorlat
Gyakorlat jellemzıi itt:
Már elhangzott tananyag feldolgozása: Fizika, Digitális technika, Számítógép-hálózatok számszerősítések gyakorlati szemlélet
ZH és vizsgakérdések lesznek a gyakorlatok anyagából is
3
Áttekintés
Technológiai hajtóerı:
Gazdasági háttérismeretek:
Mikroelektronika fejlıdése Optika fejlıdése Rádiós hozzáférés fejlıdése
Szabványosítás jelentısége Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata
Fizikai alapok:
Vezetékes és rádiós átviteli közegek jellemzıi 4
5
Technológiai hajtóerı Boole-algebra és memória jelfogólogikával: jelfogó relé kapcsolóközpontokban
távgépíró távbeszélı
számítógépekben
Magyarországon: Kozma László professzor, Standard és BME
6
Technológiai hajtóerı Mikroelektronika fejlıdése:
Gordon E. Moore, Intel Corporation, 1965 Moore-törvény, Moore’s Law: a tranzisztorok száma egy integrált ák-ben 18 hónaponként megduplázódik Tapasztalat + önmagát beteljesítı jóslat Nanotechnológia: csíkszélesség < 100 nm 2005-06: 65 nm csíkszélességő gyártósor, 2007: 45 nm Fizikai határa: ha elérik az atomi méreteket Elévülése: mindig tovább tolódik, ma 2019 Más megoldások: több végrehajtási szál, több processzormag, nanoelektronika.
7
Technológiai hajtóerı Nanoelektronika:
Néhány nm mérető eszközök, pl. nanocsövek Atomi méretek => kvantumjelenségek figyelembe vétele Schrödinger egyenlet, a Maxwell egyenletek helyett Elektromágneses tér és az atomok kölcsönhatása
Kutatási fázis, egyetemeken is (USA) Nanologikák, memóriák, szenzorok és aktuátorok BME - SZHVT: Csurgay Árpád professzor Mikor lesz ipari méretekben gazdaságos?
Remek vizsgakérdés: mi a különbség a nanotechnológia és a nanoelektronika
között? 8
Technológiai hajtóerı Optika fejlıdése: Elektronikus csomópontokkal: PDH + optikai kábel: 1980 –, 45 Mbit/s SONET optikai kábelen: 1984 – SDH optikai kábelen: 1988 –, ma 40 Gbit/s 10 Gigabit Ethernet: 2002 –, 10 Gbit/s Technológiai burjánzás: 1984 – 2000
FDDI-I&II, DQDB, SMDS, FR, DTM: nem skálázhatók ATM: bonyolult
Optikai csomópontokkal (részben): Optikai hálózatok ma: max 10 Tbit/s iparban, 100 Tbit/s laborban max sávszélesség, mint elvi határ: ~ 200 THz, ~ 200 Tbit/s, van még hova fejlıdni!
Remek kérdés: optikai kábel optikai hálózat 9
Technológiai hajtóerı Rádiós hozzáférés fejlıdése: 2G GSM HSCSD: max 64 kbit/s
1990 -
High Speed Circuit Switched Data
TDMA országos lefedés
2,5G…………
3G HSDPA:
max 7,2 Mbit/s
2005 –
High Speed Download Packet Access
WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access lefedés csak nagy forgalmú területeken
10
Technológiai hajtóerı Összegzés: Hálózatok (csomópontok + átviteli utak) átviteli képessége
↕
versenyfutás!
Végberendezések és felhasználók igénye kb. 1990-ig: gondosan méretezett hálózatok 1990 -: túlméretezett hálózatok
lehetıségek és igények gyors fejlıdése, QoS biztosítása
Mikor fordul vissza?
11
Áttekintés
Technológiai hajtóerı:
Gazdasági háttérismeretek:
Mikroelektronika fejlıdése Optika fejlıdése Rádiós hozzáférés fejlıdése
Szabványosítás jelentısége Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata
Fizikai alapok:
Vezetékes és rádiós átviteli közegek jellemzıi 12
Gazdasági háttérismeretek A szabványosítás jelentısége ajánlás recommendation, pl. ITU-T szabvány standard, pl. ETSI de jure de facto
13
Gazdasági háttérismeretek Egy megoldás szabványának születésekor: hajtóerı az iparban és a szolgáltatásban, pl. GSM ETSI Eu elıny De: nem lesz minden szabványból ipari / piaci termék!
elınyt adhat annak, aki elırébb / hátrább jár,
pl. PDH: ANSI 1962 CCITT (ITU-T jogelıdje) 1968 American National Standards Institute De Gaulle: „Európa legyen az európaiaké!” pl. SONET ANSI 1984, SDH ITU-T 1988, SONET módosítás ANSI 1988: SONET SDH átalakítás teljes lebontás nélkül
technológia gazdaság ↕ ↕ politika
14
Gazdasági háttérismeretek Egy megoldás szabványának túlérésekor: akadályozza a modernebb technika elterjedését vagy optimalizálását pl. IPv4 IPv6 pl. távíró távbeszélı „többet ér egy idejében elküldött távirat, mint a Bell-féle telefonnal való minden próbálkozás” pl. PCM és PDH sebességek
15
Gazdasági háttérismeretek Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata
1,5 év múlva mérnökök lesznek: ideje olyan kifejezésekkel találkozniuk mint ipar és szolgáltatás Az ipari innováció lépései:
alapkutatás: fıleg egyetemeken alkalmazott kutatás: fıleg ipari kutatóhelyeken fejlesztés: fıleg ipari fejlesztı egységekben termékek gyártása: ipari termelıhelyeken piacképes termékek: kereskedı helyeken
publikációk szabványok szabadalmak termékek haszon 16
Gazdasági háttérismeretek
Az ipari innováció lépései:
17
Gazdasági háttérismeretek
A szolgáltatói innováció lépései:
alapkutatás: fıleg egyetemeken alkalmazott kutatás: fıleg szolgáltatók kutatóhelyein fejlesztés: fıleg szolgáltatói fejlesztı egységekben ipari berendezések vásárlása szolgáltatási jog megvétele termékek szolgáltatása: szolgáltató egységekben ipari berendezések vásárlása piacképes termékek szolgáltatása: szolgáltató egységekben
publikációk szabványok szabadalmak oligopólium termékek
haszon 18
Gazdasági háttérismeretek
Innovációs átfedések: idıben és témában
Innovációs együttmőködések:
alapkutatás – alkalmazott kutatás alkalmazott kutatás – fejlesztés: K+F fejlesztés – kis sorozatú gyártás (null széria) ipar – szolgáltatás egyetemek – ipar és/vagy szolgáltatás
Innovációs visszacsatolás:
piacképes termékek ==> K+F
19
Gazdasági háttérismeretek Szolgáltatás-szabályozás, service regulation: a szolgáltatók és felhasználók érdekeit egyaránt védi versenyfeltételek szabályozása, pl. oligopol szolgáltatók
számának meghatározása, szolgáltatási jog eladása, mőszaki feltételei, frekvenciagazdálkodása díjszabási feltételei, reklám feltételei, bírságolása.
Magyarországon:
Nemzeti Hírközlési Hatóság, NHH http://www.nhh.hu/ BME-TMIT: Sallai Gyula professzor 20
Áttekintés
Technológiai hajtóerı:
Gazdasági háttérismeretek:
Mikroelektronika fejlıdése Optika fejlıdése Rádiós hozzáférés fejlıdése
Szabványosítás jelentısége Kutatás, fejlesztés, gyártás, szolgáltatás és a szolgáltatás-szabályozás folyamata
Fizikai alapok:
Vezetékes és rádiós átviteli közegek jellemzıi Néhány egyszerő modem szemléltetése 21
Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi számszerősítve: Sebesség határok:
Szimmetrikus kábel, pl. 100 km:
300 bit/s DC
Koaxiális kábel, pl. 100 km:
2 Mbit/s - 140 Mbit/s áthallás csillapítás
2 Mbit/s áthallás
Földfelszíni és mőholdas rádió: 64 kbit/s - 622 Mbit/s µ-hullámú ák-k sávszélessége Optikai kábel, pl. 40 - 100 km: 2 Mbit/s gazdaságosság
40 Gbit/s lézer-adó
Optikai kábel, WDM:
10 Tbit/s áthallás
40 Gbit/s gazdaságosság
22
Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi: Miért nem lehet átvinni a nullfrekvenciás komponenst (DC) és környékét fémvezetıkön? 1. Nagyfeszültségő védelem: vonaltranszformátorok minden berendezésben. 2. Távtáplálás: erısítık, jelfrissítık, végberendezések. 3. 50 Hz és felharmónikusai zavarnak. 4. Koaxiális kábel: 60 kHz alatt már nem véd a köpeny az áthallástól.
23
Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi számszerősítve: Hibaarányok:
Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: 10-5 , áthallás
Koaxiális kábel, pl. 100 km:
Földfelszíni és mőholdas rádió: 10-3 , rádiós zavarok
Optikai kábel, pl. 40 - 100 km:
10-9
Optikai kábel, WDM:
10-4 , WDM áthallás
10-5 , áthallás
24
Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi számszerősítve: Csillapítás ingadozás:
Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: tőrhetı
Koaxiális kábel, pl. 100 km:
Földfelszíni és mőholdas rádió: 20-30 dB, nagyon rossz
tőrhetı
több utas terjedés => lassú és gyors fading vagy elhalkulás
Optikai kábel, pl. 40 - 100 km:
kicsi
Optikai kábel, WDM:
kicsi
25
Fizikai alapok Átviteli közegek jellemzıi: Késleltetés ingadozás:
Szimmetrikus kábel, pl. 100 km: zavaró , hımérs. ing.
Koaxiális kábel, pl. 100 km:
Földfelszíni és mőholdas rádió: zavaró , idıjárás vált.
Optikai kábel, pl. 40 - 100 km:
elhanyagolható
Optikai kábel, WDM:
elhanyagolható
zavaró , hımérs. ing.
26
Fizikai alapok Átviteli közegek Kábelek konstruálásának lehetıségei: szimmetrikus vezetékekbıl koaxiális vezetékekbıl optikai vezetékekbıl erısítık és jelfrissítık (regenerátorok) távtáplálása
27
Fizikai alapok Átviteli közegek Kábelek fajtái: légkábel (nem légvezeték!) földkábel: fagyhatár alatt (-60 cm) behúzó kábel: fagyhatár alatt folyami kábel tenger alatti kábel
28
Fizikai alapok Átviteli közegek Rádiós átvitel nagy távolságra:
földfelszíni rádiós mikrohullámú ismétlı lánc
30-50 km hosszú szakaszokból áll gerinchálózati kiegészítés Magyarországon is
mőholdas átvitel
pl. Eu - mőhold - USA, INTELSAT ma: inkább tenger alatti kábelek
29
Fizikai alapok Néhány egyszerő modem szemléltetése
30
ITU-T V.22, V.22bis
V.22:
V.22bis:
1980 (késıbb jav.) 600 v. 1200 bit/s 600 baud, PSK/QPSK 1984 (késıbb jav.) 1200 v. 2400 bit/s 600 baud, QPSK, QAM-16
A szabványok 2007. jan. 1-tıl ingyen letölthetıek (egy meg nem határozott próbaideig):
http://www.itu.int/ITU-T/publications/recs.html
31
2400 bit/s, idıtartományban
Két jel (a két irány) összege Fázisugrás megfigyelhetı Nem túlzottan sokatmondó
32
2400 bit/s frekvenciatartományban
Oda-vissza irány külön sávban 1200 Hz irányonként Nagyobb sebességő modemes átvitelnél már nem ezt a módszert használják
33
1200 bit/s QPSK
Jó minıségő átviteli út
34
1200 bit/s QPSK
Rossz minıségő átviteli út
35
2400 bit/s QAM
Elég rossz minıségő átviteli út
36
2400 bit/s QAM
Még rosszabb minıségő átviteli út
37
