németh krisztián bme tmit 2007. máj. 17
DESCRIPTION
Távközlő Hálózatok 25. el őadás 10. Szemelvények a fizikai rétegből 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei. Németh Krisztián BME TMIT 2007. máj. 17. Hol tartunk?. 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Távközlő Hálózatok25. előadás10. Szemelvények a fizikai rétegből
11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Németh KrisztiánBME TMIT2007. máj. 17.
2
Hol tartunk? 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák
Hívószámkiosztás, analóg és digitális telefonhálózati architektúra 2. Jelzésrendszerek
Előfizető és központ közötti, központok közötti 3. Távközlési protokollok 4. Gerinchálózati technikák
PDH, SDH, ATM, MPLS, OTN, NGSDH, stb. 5. IP szélessávú hozzáférési technikák
Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 6. Kapcsolástechnika 7. Mobil távközlő rendszerek
Műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok, GSM, UMTS 8. VoIP, kodekek 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből (bonus track :-) ) 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Csopaki Gy.
Cinkler T.
Németh K.
Németh K.
3
Jelátviteli és forgalmi követelmények Információtípusok, jelek és hálózatok Beszédátviteli követelmények Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése Beszédkódolók Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban
Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban
4
Sokféle alkalmazás, sokféle követelmény Alkalmazások, pl.:
e-mail telefonálás videotelefonálás film megnézése valós időben
Minőségi paraméterek: csomagkésleltetés csomagkésleltetés ingadozása (angolul packet delay variation,
vagy packet jitter) csomagvesztési arány téves csomagkézbesítési arány (adatsebesség mennyiségi és nem minőségi paraméter)
Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban
5
Sokféle alkalmazás, sokféle követelmény nagyon sok kombináció legtöbbször nincs is megadva (pl. szabványban)
Pár példa: VoIP csomagkésleltetés: mint PSTN-nél: 250 ms,
visszhangtörlés szükséges 12,5 ms felett VoIP csomagvesztés: kodektől függ, kb. 5-30% a határ igény szerinti videózás (Video-on-Demand, VoD):
késleltetés: akár 5-10 sec. késleltetésingadozás legyen alacsony (puffertől függ)
Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban
6
Csomagkapcsolt hálózatok forgalmi modellezése(továbbiakban TCP/IP-ről beszélünk) Cél: hálózatméretezés tudományos megalapozása Távbeszélő hálózatokénál lényegesen nehezebb, mert:
alkalmazások: sokféle, különféle hálózati igényekkel időben, térben változó összetételű alkalmazás-mix évről évre jelentős változások lehetnek a tipikusan használt
alkalmazásokban (nehéz középtávra tervezni) alkalmazások erőforrásigénye is nehezen meghatározható (pl. e-mail
hossza bájtban) elasztikus folyamok
pl. FTP, HTTP, e-mail továbbítás a rendelkezésre álló teljes sávszélességet elfoglalják nehezen definiálható az erőforrásigény
7
Csomagkapcsolt hálózatok forgalmi modellezése Távbeszélő hálózatokénál lényegesen nehezebb, mert:
nem független források: elasztikus folyamok és a TCP garantálja a teljes sávszélesség
kihasználást emiatt blokkolás, különböző források csomagjai versengenek a
továbbításért követk.: nem független források
Következmények: Hosszú távú összefüggés (időben távoli értékek is korreláltak) Önhasonlóság: különböző időskálákon nézve is hasonló forgalmi
jelleg (forgalom: bit/s, csomag/s) Nagy börsztösség, csomósodás PSTN: n-szeres felhasználó, forgalom átlaga is n-szeres, de
szórása -szeres: a forgalom „kisimul” TCP/IP: a forgalom sokkal lassabban „simul ki”
n
8
Csomagkapcsolt hálózatok forgalmi modellezése Ezek miatt a TCP/IP forgalommodellezés még
gyerekcipőben jár bár vannak bíztató eredmények
Akkor hogyan lehet TCP/IP hálózatot méretezni? tapasztalatok alapján mérések alapján túlméretezés (overprovisioning)
másik ok a túlméretezés mellett: olcsó a kapacitás, de jelentős a bevétel: nem szabad egy vevőt sem elszalasztani kapacitáshiány miatt
9
Hol tartunk? 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák
Hívószámkiosztás, analóg és digitális telefonhálózati architektúra 2. Jelzésrendszerek
Előfizető és központ közötti, központok közötti 3. Távközlési protokollok 4. Gerinchálózati technikák
PDH, SDH, ATM, MPLS, OTN, NGSDH, stb. 5. IP szélessávú hozzáférési technikák
Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 6. Kapcsolástechnika 7. Mobil távközlő rendszerek
Műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok, GSM, UMTS 8. VoIP, kodekek 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből (bonus track :-) ) 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Csopaki Gy.
Cinkler T.
Németh K.
Németh K.
10
6 témakör: visszhang elhalkulás (fading) mikrohullámú rádiós átvitel digitális jelek átvitele analóg csatornán illesztett lezárás
Javasolt irodalom: weblapon található Kovács-Ludányi jegyzet a weblap alján: korábbi félévek, majd ott a 2005.
tavasz kiválasztása
Szemelvények a fizikai rétegből
11
4/2 4/2
néhány km
néhány km
2/4 2/4
... ...... ...
...
...
f ldfelsz ni v. ö í műholdas rádiós kapcsolateredő csillapítás: 0 dB
táv: 10 - 20.000 km
Visszhang Több helyen keletkezhet, de a 2/4 huzalos
átalakításnál jellemző Példa átviteli út: (egy vonal egy vezeték)
önhangönhang
visszhang visszhang
hurok!
(műholdas átvitelnél akár ennél is több)
12
Visszhang Önhang:
hasznos! kb. 25 dB csillapítás
A hurkot ki kell küszöbölni, hogy: ne gerjedjen ne torzítsa az átvitelt ne legyen többszörös visszhang
Visszhang: 12,5 ms alatt nem különböztethető meg az önhangtól (nincs vele gond) kritikus táv, ha csak a terjedési késleltetést nézzük:
0,0125 s * 250 000 km/s = 3125 km 3000 km(közegbeli fénysebesség alacsonyabb c-nél)de ez oda-vissza értendő, tehát kb. 1500 km földrajzi táv a kritikus
felette valamit kezdeni kell vele 31 dB, vagy nagyobb csillapítás már jó
13
Visszhang kezelése Visszhangzár:
ugyanez a túloldalon is
VAD: Voice Activity Detector, beszéddetektor: észleli, hogy éppen beszél-e a távoli fél
beszéd esetén e kapcsolás lezárja a visszamenő erősítőt emiatt félduplex elavult
4/2
...
...VAD
14
Visszhang kezelése Visszhangtörlő (VT, echo canceller)
ugyanez a túloldalon is
feladata a visszhang modellezése megfelelő késleltetés megfelelő csillapítás megfelelő torzítás
ezek időben változhatnak, mert: környezeti hatások (pl. hő) változnak kihangosítást bekapcsolhatják menet közben
ezért adaptív eszköz a hibajel mérésével: visszhang felismerése és törlése
4/2
...
...VThibajel
15
Elhalkulás (fading) Oka: többutas terjedés (multipath propagation)
jel visszaverődik a földfelszínről, tereptárgyakról több jel szuperpozíciója jelenik meg, ezek gyengítik vagy
erősítik egymást megj.: visszaverődés: 180 fokos fázistolás
r hv
ha
Adótorony
vevõállomás
16
42
1r
c
vP
113m 225m 450m 900m
fading nélkül: 21
1r
c
21
1r
c 3
Elhalkulás (fading) Kioltási helyek:
k=1,2,...
GSM:
λkhh
r vak
2
m 1/s m/s
3
1
109
1038
8
λkk
rk
m
m
m ,m 450
31
51502
17
Elhalkulás (fading) Hatásai:
mozgó adó: nagyobb adási teljesítmény szükséges akkumulátor merítése élettani hatás
mozgó vevő: rosszabb jel/zaj viszony
Mit tehetünk ellene? jel fókuszálása (pl. forgási paraboloid antenna) hibajavító kódolás (FEC) többféle átvitel (diversity)
időben: jel ismétlése (közben mozogni kell) térben: két vevőantenna (térben távolabb egymástól) frekvenciában: két frekvencia használata: más kioltási helyek
18
Gerinchálózat: rádiós ismétlő lánc
néhány GHz-es tartomány hurok kiiktatása: más frekvencián adás és vétel eső, köd, hó zavarja
Hozzáférői hálózat gyors telepítés ritkán lakott helyeken előnyös
Mikrohullámú rádiós átvitel
19
Digitális jelek átvitele analóg csatornán
Ennek van egyenáram (DC, Direct Current) komponense:
A nulla frekvencia közelében nem lehet információt átvinni
1+1V
-1V
1
U
1 1 1 10 00 0
t
frekv.
ampl.
20
Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt
átvinni, mert: fémvezető:
távtáplálás nagyfesz. védelem: transzformátoros leválasztás 50 Hz és felharmonikusai: 100, 150 Hz bezavarna koax 60 kHz alatt nem visz át
optikai kábel: csak az optikai tartományban visz át
rádiós átvitel: minimum kHz-es nagyságrend kell itt is
21
Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt
átvinni. Megoldások: vonali kódolás (pl. ugyanannyi +1V mint -1V)
pl. LAN, ISDN, PDH, SDH egyszerű de sávszélesség-pazarló: B>>1/T
B: sávszélesség T: bitidő
frekv.
ampl.
22
Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt átvinni.
Megoldások: moduláció/demoduláció
pl. frekvenciamoduláció, amplitúdómoduláció, fázismoduláció egy adott vivőfrekvencia (fv) környékére korlátozza a spektrumot bonyolultabb nem pazarolja a sávszélességet: B 1/T (adott jel/zaj viszony,
ld. Shannon-tételes megjegyzés korábban) használata:
erősen sávkorlátozott környezetben, illetve adott átviteli frekvenciatartomány esetén
pl. rádiós átv., optikai átvitel, telefonmodemek
frekv.
ampl.
fv
B
23
Digitális jelek átvitele analóg csatornán Másik probléma: szinkronitás fenntartása
elegendő nullátmenet kell. Ez biztosítható: megfelelő vonal kódolással modem: bitkeverővel (scrambler)
bináris álvéletlen sorozat ebben 0,5 valószínűsége a 0-nak és az 1-nek mod 2 hozzáadás az adó és vevő oldalon is
24
Illesztett lezárás Fémvezetékpár egy differenciálisan kicsi, δ hosszú
darabjának modellje:
R: ohmikus ellenállás [ohm/km] L: induktivitás [H/km] G: ohmos átvezetés [siemens/km] C: kapacitás [fahrad/km].
Egyik irányban végtelen szakasz: elemi szakaszon mért impedanciák összege véges lesz hullámimpedancia, Z0
25
Illesztett lezárás Véges esetben a végén visszaverődés lesz egyik felén végtelen esetben természetesen nem a véges szakaszt olyan impedanciával kell lezárni, hogy „úgy
tűnjön”, mintha végtelen vezeték lenne
CL
Z 0
CωjG
LωjRZ0
(valós!)
26
Hol tartunk? 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák
Hívószámkiosztás, analóg és digitális telefonhálózati architektúra 2. Jelzésrendszerek
Előfizető és központ közötti, központok közötti 3. Távközlési protokollok 4. Gerinchálózati technikák
PDH, SDH, ATM, MPLS, OTN, NGSDH, stb. 5. IP szélessávú hozzáférési technikák
Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 6. Kapcsolástechnika 7. Mobil távközlő rendszerek
Műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok, GSM, UMTS 8. VoIP, kodekek 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből (bonus track :-) ) 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei
Csopaki Gy.
Cinkler T.
Németh K.
Németh K.
27
Modellek, modellezés...(Ez a rész már nem
vizsgaanyag!)
28
Az információközlő hálózatok összekapcsolása Összekapcsolás előnyei:
sok kis hálózatból nagyot Internet eleve ilyen
különböző szolgáltatók ügyfelei kommunikálhatnak
inkrementális fejlesztés lehetséges pl. IPv4 IPv6, analóg digitális telefon
gazdasági előny, pl. VoIP stb., stb.
Ennek nézzük az elvi műszaki hátterét
29
Hordozó és távszolgáltató hálózatok (ism.) Hordozó hálózat (bearer network) :
Def: két vagy több pont közötti átlátszó – a hálózat által nem értelmezett, nem feldolgozott – adatátvitelt biztosít
nincs végberendezés nincs alkalmazás önmagában nem fordul elő a szolgáltatás neve: hordozó szolgáltatás pl. 64 kb/s átlátszó adatátvitel
Távszolgáltató hálózat (teleservice network) : létezik végberendezés létezik alkalmazás az átvitt információ ennek megfelelő, a hálózat a jelet
módosíthatja, amíg az alkalmazásnak ez megfelelő a szolgáltatás neve: távszolgáltatás pl. távbeszélő szolgáltatás
30
Hálózatok és összekapcsolásuk SzgH és TH is lehet hordozó, távszolgáltató
is
Két féle összekapcsolás lehetséges: egyenrangú hierarchikus
31
Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Egyenrangú együttműködés 2 távszolgáltató vagy 2 hordozó hálózat között
V1 V2FTH1
H1, H2: hálózatokV1, V2: végberendezések
H1 H2
E FTH2 FTH1
FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatokE: együttműködtető egység
H1 H2
E FTH2
(a) (b)
E: SzgH: átjárónak (gateway) is nevezik FTH: kb. hálózat - (végberendezés + együttműködtető egység) Egyszerűbb jelölés: H1 H2
32
Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Legfőbb okok: technológiai vagy igazgatási eltérés Technológiai eltérés, pl.:
(egy tulajdonban lévő) vezetékes és mozgó távbeszélő hálózat
Igazgatási eltérés, pl.: két telefontársaság céges Intranet és Internet. Ekkor átjáró pl. a tűzfal
Persze lehet a két eltéréstípus együtt is, pl: külön tulajdonban lévő vezetékes és mozgó távbeszélő
hálózat
33
Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Hierarchikus együttműködés Egy távszolgáltató és egy hordozó vagy 2 hordozó hálózat között
Mindkét oldalon FTH1! Felső ráépített, alsó alaphálózat Egyszerűbb jelölés:
V1 V1FTH1
FTH2
E E
H1
H2
FTH1 FTH1
E E
H1
H2
FTH1
FTH2
H1, H2: hálózatokV1: végberendezés
FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatokE: együttműködtető egység
(a) (b)
H1
H2
34
Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Ok: technológiai eltérés (Igazgatási eltérés is lehetséges, ezen felül) példák:
PDH SDH felett SDH: nagy adatsebesség, jól menedzselhető PDH: 64 kb/s közvetlenül felhasználható
IPv6 IPv4 felett IPv6 szigetek összekötése IPv4-gyel „alagutazás/tunneling”
sok variáció lehetséges, pl.:
PDH
SDH
IPv6
IPv4
IPv6
IPv4
ATM
SDH
35
Összekapcsolások kombinálása A különböző típusú összekapcsolások
kombinálhatóak. Pl.: IP hálózat adatainak átvitele egy SDH rendszer
felett, amely két szolgáltatóhoz tartozik:
azaz:
V1 V1
SDH1
E E
SDH2E
IPIP
IP
SDH1 SDH2
36
Technológiai modellezés A hierarchikus összekapcsolás tulajdonképpen
felfogható rétegmodellnek: minden réteg csak a szomszédaival kommunikál persze egy technológiai réteg több OSI réteget
tartalmazhat, ezekről majd később Pl.: IPv6
IPv4
ATM
SDH