1.přednáška
Úvod
Ing. Bc. Ivan Pravda
1
Osnova přednášek (X32PTS)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Poskytované služby, požadavky na přenosovou kapacitu, standardizace
Telefonní kanál, metody digitalizace hlasového signálu, PCM30/32
Metody multiplexování, přenosové systémy PDH a SDH
Optické přenosové prostředky, WDM
Telekomunikační sítě páteřní a přístupové, datové spoje, rozhraní
Referenční model OSI, protokolové architektury
Sítě ISDN, přepojování okruhů, typy přípojek, přenos dat
Sítě ATM, přepojování buněk, vlastnosti
Přenosová média, vlastnosti vedení, regenerace digitálního signálu
Metalické páry, přeslechy, teoretická informační propustnost
Modulační metody, telefonní modemy
Systémy xDSL, rozbor vlastností a aplikací
Optické přístupové sítě, hybridní sítě a sítě CATV
Radiové prostředky, mobilní sítě
2
Doporučená literatura
1.
2.
3.
4.
5.
Jiří Vodrážka, Ivan Pravda: Principy telekomunikačních systémů
•
Vydavatelství ČVUT, Praha
Horst Jansen, Heinrich Rötter a kol.: Informační a telekomunikační technika
•
Nakladatelství Europa Sobotáles, Praha
Jaroslav Svoboda a kol.: Telekomunikační technika (I.díl) - Zprávy, signály, přenosová
prostředí
•
Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš, Praha
Jaroslav Svoboda a kol.: Telekomunikační technika (II.díl) – Přenos dat, spojovací a
přenosové systémy
•
Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš, Praha
Jaroslav Svoboda a kol.: Telekomunikační technika (III.díl) – Telekomunikační sítě a
služby
•
Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš, Praha
3
1.přednáška
Telekomunikační služby a sítě
Ing. Bc. Ivan Pravda
4
Telekomunikační služby a sítě
-
Telekomunikační sítě se budují za účelem zprostředkování informací
Informace se přenášejí a zpracovávají v podobě signálů, které mají obvykle
elektrickou podobu
Signál se přenáší na potřebnou vzdálenost v podobě elektromagnetické vlny
(určitý kmitočet a vlnová délka)
Elektromagnetická vlna se může šířit různým prostředím:
-
-
Metalické vedení (symetrický pár, koaxiální kabel)
Mikrovlnný vlnovod
Optický vlnovod (vlákno)
Volný prostor (radiový přenos)
Pro různé kmitočty elektromagnetické vlny jsou vhodná různá přenosová
média (prostředí)
Obecně: klesá význam metalických přenosových cest, roste význam cest
optických
Radiové přenosové cesty ⇒ nezastupitelný význam (mobilita)
5
Délka vlny
c
λ=
f
[m; m ⋅ s
−1
, Hz
]
- rychlost šíření: c = 3∙109 m·s-1
6
Základní pojmy telekomunikační techniky
-
-
-
Telekomunikační technika umožňuje vyměňování informací přes taková
prostředí, která nelze běžně překlenout pomocí základních smyslových
schopností (zrak, sluch)
Dalším úkolem je vytvoření možnosti pro výměnu informací mezi lidmi a stroji
na zpracování informací, a také pro výměnu informací mezi stroji samotnými
Pojem informace je v telekomunikační technice chápána jako odraz reálného
světa vyjádřený formou zprávy, která je vytvořena zdrojem zprávy
Každou zprávu lze rozložit na jednotlivé prvky (tzv. elementy) zprávy
Abeceda zdroje zpráv = jednoznačně omezený počet prvků, ze kterého je
možné vytvořit zprávu ⇒ nespojitá (diskrétní) zpráva
Abeceda zdroje zpráv = neomezený počet prvků, ze kterého je možné vytvořit
zprávu ⇒ spojitá (analogová) zpráva → okamžité hodnoty spojitě se měnících
fyzikálních veličin (teplota, napětí, proud, apod.)
Jednotkové množství informace = 1 Sh (Shannon)
7
Průměrné množství informace (tzv. entropie)
H = log 2 s
[Sh; −]
- s je počet prvků abecedy zdroje, z nichž každý má stejnou
pravděpodobnost výskytu
- V obecném případě však nemusí mít prvky abecedy zdroje stejnou
pravděpodobnost
8
Základní pojmy telekomunikační techniky
-
Jednotka informace: 1 bit → 1 byte (8 bitů) ⇒ informační propustnost
(kapacita) – jednotka informace vztažená na jednotku času – bit/s
Základním technickým předpokladem pro vytvoření informačního systému je
realizace tzv. sdělovacího, resp. telekomunikačního spoje
signál - zpráva přeměněná do konkrétní fyzikální formy, která je vhodná pro
přenos určitým prostředím (signály – akustické, optické, elektrické)
signál analogový (spojitý) – signál vyjadřující zprávu pomocí neomezeného
počtu hodnot určité fyzikální veličiny (např. amplitudy, frekvence, aj.)
signál diskrétní (nespojitý) – signál, který je nespojitý buď v čase, nebo
v amplitudě, nebo v čase i amplitudě
signál digitální (číslicový) – signál nespojitý v čase i amplitudě, vyjadřující
zprávu pomocí omezeného počtu hodnot určité fyzikální veličiny (např. jen
dvou hodnot)
kanál (telekomunikační kanál) – soubor technických prostředků umožňující
jednosměrný přenos signálu mezi dvěma místy, bez ohledu na druh použitých
prostředků
9
Základní pojmy telekomunikační techniky
-
okruh (telekomunikační okruh) – soubor technických prostředků
umožňující obousměrný přenos signálu mezi dvěma místy, bez ohledu na druh
použitých prostředků, protisměrná komunikace může probíhat pomocí dvou
základních způsobů přenosu:
-
-
poloduplexní přenos – přenos signálu okruhem střídavě v jednom, resp. druhém směru
duplexní přenos – přenos signálu okruhem současně v obou směrech
telekomunikační spoj – soubor technických prostředků umožňující
telekomunikační přenos zpráv mezi dvěma místy, bez ohledu na druh
použitých prostředků a druh přenosu
kód – soustava pravidel pro přeměnu zprávy na signál, resp. jiný název
pro abecedu zdroje zpráv, resp. soubor převodních vztahů mezi různými
abecedami zdrojů zpráv,
kódování zprávy – proces, při kterém se jednotlivým prvkům zprávy
(binárním prvkům, slabikám, písmenům, číslicím, obrazovým prvkům, apod.)
přiřazují stavy určitých parametrů signálu (amplituda, frekvence, délka impulsu,
šířka impulsu, skupina dvoustavových impulsů, apod.)
10
Základní pojmy telekomunikační techniky
-
-
-
kódování zprávy lze rozdělit do dvou skupin:
zdrojové kódování – kódování, při kterém dochází k redukci objemu
původní zprávy, resp. dochází k odstranění redundantních (nadbytečných)
informací obsažených ve zprávě, které umožňují následné snížení
přenosové rychlosti nutné pro přenos
kanálové kódování – úprava signálu redukovaného zdrojovým
kódováním, která umožňuje zabezpečit přenášený signál proti chybám
a shlukům chyb
dekódování zprávy – opačný proces procesu kódování
modulace – proces, při kterém se, v závislosti na změně signálu nesoucího
zprávu, vyvolává změna určitého parametru elektromagnetického vlnění;
používá se zejména pro změnu formy elektrického signálu na vysílací straně
kanálu
demodulace – proces fyzikálně shodný s modulací; používá se zejména
ke změně formy elektrického signálu na přijímací straně kanálu
11
Základní pojmy telekomunikační techniky
-
-
-
přenosová cesta – soubor technických prostředků a prostředí, překlenující
vzdálenost mezi zdrojem a příjemcem zprávy, po kterém se přenáší vhodně
přeměněné elektrické signály
zkreslení zprávy (signálu) – jev snižující věrnost původní zprávy (signálu)
v důsledku vnějších vlivů (jiných signálů, resp. interferenčních napětí)
–
nedokonalostmi základních měničů (zkreslení zprávy) – vnitřní vliv
–
nedokonalostmi telekomunikačního kanálu (zkreslení signálu) – vnitřní vliv
–
rušením (interferencí) – vnější vliv
šum (hluk) – náhodné, resp. systematické vlivy působící na signál
v přenosovém kanálu, které mohou vznikat v něm samotném nebo do něj
vnikat zvenčí; kvantitativně se vyjadřují šumovým (hlukovým) výkonem nebo
napětím
12
Schéma obecného telekomunikačního systému
13
Typy telekomunikačních přenosů
-
Telekomunikační přenosy lze rozdělit na tři základní skupiny:
hromadné přenosy – jednosměrné přenosy, při nichž se stejná zpráva
z jediného zdroje přenáší po společné přenosové cestě (paralelně po mnoha
přenosových cestách) k většímu počtu příjemců (např. bezdrátový a drátový
rozhlas, bezdrátová a kabelová televize, hromadné dálkové ovládání, apod.)
účastnické přenosy – obousměrné přenosy konverzačního typu přes
komutační zařízení (např. mezi telefonními účastníky, mezi datovými
účastníky a počítačem, apod.) ve veřejné sféře
služební přenosy – ostatní jednosměrné i obousměrné přenosy
pro dorozumívání, dálkové měření, dálkovou signalizaci a ovládání; obvykle
se užívají pro služební účely v neveřejné sféře
14
Typy telekomunikačních přenosů
-
-
Přenos zvukových zpráv – přenos hovorové informace (PCM – ITU-T G.711,
telefonní kanál (300 až 3400 Hz), přenosová rychlost 64 kbit/s) → snížení
přenosové rychlosti (ADPCM – adaptivní diferenciální PCM – ITU-T G.721),
vypouštění tichých intervalů v hovoru, kodeky s různými způsoby impulsního
buzení a predikce (LD-CELP (16 kbit/s), LD-ACELP (8 kbit/s)), pro mobilní
sítě RPE/LTP (13 kbit/s), snížení přenosové rychlosti přináší ztrátu
přirozeného zabarvení lidského hlasu
Přenos dat – dálkové řízení, měření, ovládání a signalizace (přenosové rychlosti
až do 33,6 kbit/s, digitální sítě (přenosové rychlosti až n×64 kbit/s)), propojení
lokálních datových sítí (omezený rozsah (stovky metrů až jednotky kilometrů),
ale vysoké rychlosti přenosu (jednotky Mbit/s až jednotky Gbit/s)) → uživatelé
očekávají, že rychlost komunikace mezi různými lokálními sítěmi bude
srovnatelná s rychlostmi uvnitř jedné sítě LAN → ve skutečnosti jsme
limitováni technickými, ale i ekonomickými možnostmi ⇒ tzv. úzké hrdlo
telekomunikační sítě
15
Typy telekomunikačních přenosů
-
Přenos obrazových zpráv - zpracování obrazové informace vychází z rozložení
plochy obrazu na řádky a body, které jsou popsány svým jasem a barvou, počet
bodů vychází z požadovaného rozlišení, popis barvy je založen na některém z
barevných modelů (čtyři složky CMYK (azurová, purpurová, žlutá, černá), tři
složky RGB (červená, zelená, modrá)) - pro barevný obraz potřebujeme vyjádřit
jas všech barevných složek ⇒ jas bodu pomocí 8 bitů (PCM) ⇒ plně barevný
popis bodu v modelu RGB 24 bitů ⇒ digitalizovaný obrazový signál klade
vysoké nároky na informační propustnost kanálu (statický obraz (BMP, JPG)
– jednotky až desítky kbit/s, pohyblivý obraz (televizní signál – 25 snímků/s,
poměr stran obrazu (4:3), řádkový kmitočet (15,625 kHz), šířka pásma pro
přenos (6,5 MHz) ⇒ systém PAL (modulace DPCM – 34 Mbit/s na každou
barvu)), digitální televize DVB (Digital Video Broadcast) – MPEG-2 (ISO 13818)
→ úrovně kvality: LDTV (průměrně: 2 Mbit/s), SDTV (průměrně: 8 Mbit/s),
HDTV (průměrně: několik desítek Mbit/s) – rozlišení 1440×1152 bodů (4:3),
rozlišení 1920×1152 bodů (16:9)
16
Telekomunikační služby
-
Službou je v oblasti telekomunikační techniky chápána schopnost uspokojit
předem stanovené a dohodnuté požadavky
Telekomunikační služba v užším smyslu je pak soubor technických, provozních
a organizačních opatření umožňujících určitý způsob dálkové komunikace
zajišťující zejména přenos zpráv v různé formě
Jeden za subjektů službu poskytuje (poskytovatel, operátor), druhý se subjektů
službu vyžaduje (uživatel, účastník)
Telekomunikační služby můžeme dělit podle nejrůznějších hledisek:
-
–
–
–
–
–
–
–
dostupnost (veřejná, neveřejná)
stupeň regulace státem (pověření, povolení, registrace)
vztah k síti (základní, přídavná, doplňková)
obsluhované území (místní, národní, mezinárodní)
účel (hovorová, datová, multimediální atd.)
způsob poskytování (účastnická, uživatelská, podavatelská)
stupeň volnosti terminálu (pevná, mobilní)
17
Nároky na telekomunikační sítě
-
Přenosová rychlost není zdaleka jediným parametrem, který určuje požadavky
na telekomunikační síť. Pro správné dimenzování je třeba znát celou řadu
údajů:
–
–
–
–
–
–
–
–
-
Přenosová rychlost – konstantní či proměnná s parametry max. – min. rychlost, garantovaná,
střední apod.
Symetrie služby – posuzujeme souměrnost digitálního toku od a k účastníkovi
Možný stupeň komprese digitálního toku
Maximální přípustná chybovost digitálního signálu mezi koncovými body sítě (např. pro telefonní službu
bude větší než pro přenos souborů)
Maximální akceptovatelné zpoždění signálu při přenosu (např. pro videokonferenci bude menší než
pro přenos textových zpráv)
Míra využití přenosového kanálu (např. pro telefonii 50%)
Průměrná délka relace
Poptávka po službě a její časové rozložení
Souhrnně se schopnost poskytovat služby na určité úrovni pomocí
telekomunikační sítě posuzuje pomocí parametrů kvality služby QoS (Quality of
Service).
18
Kvalita služby – QoS (Quality of Service)
-
Kvalita služby je komplexní pojem, který je pro přenosové sítě a prostředky
specifikován v doporučení ITU-T G.1000
Základní kvalitativní kritéria:
-
-
-
rychlost (speed), přesnost (accuracy), dosažitelnost (availability), spolehlivost (reliability),
bezpečnost (security), jednoduchost (simplicity), pružnost (flexibility)
Pomocí těchto kritérií se hodnotí všechny funkce související s poskytovanými
službami (service management), procesy řízení, zřizování a rušení služeb, provádění
servisu a údržby, vlastní kvalita spojení (connection quality), zahrnující sestavení,
vlastní komunikaci a zrušení spojení, a také účtování a možnost účastníka řídit
službu.
Základním měřítkem kvality při přenosu digitálního signálu je chybovost
(četnost chyb) ⇒ chybovost se vyjadřuje jako poměr chybně přenesených
prvků signálu k celkovému počtu přenesených prvků, kde přenášeným prvkem
může být bit, symbol, byte, blok dat, buňka, paket
19
Bitová chybovost BER (Bit Error Rate)
ne
BER =
vp ⋅t
[−; −, bit / s, s ]
- ne je počet chybně přenesených bitů
- vp je přenosová rychlost
- t je doba (interval) sledování
20
Kvalita služby – QoS (Quality of Service)
-
Základním východiskem je zajištění příslušné kvality služby na straně účastníka
Pro kombinace různých typů služeb poskytovaných přes paketově orientované
sítě ošetřuje problematiku kvality doporučení ITU-T G.1010. Zde se vedle
přenosové rychlosti sledují tři základní kritéria, která se liší podle charakteru
služeb:
Zpoždění při přenosu (Delay) způsobené šířením signálu na určitou
vzdálenost a zejména zpožděním při zpracování signálu v uzlech sítě (např.
čekání paketů ve frontách směrovačů)
Kolísání zpoždění při přenosu (Delay Variation)
Ztrátovost informace (Information Loss) způsobená chybovostí při
digitálním přenosu a krátkodobými výpadky spojení vyjadřovaná často
v četnosti ztracených paketů PLR (Packet Loss Rate)
21
Kvalita služby – QoS (Quality of Service)
Charakter
doručování
Zpoždění
Chyby lze
tolerovat do
určité výše
Nutný přenos
bez chyb
interaktivní
<<1 s
Konverzace pomocí
hlasu a obrazu
(telefon,
videotelefon)
Povely a řízení
(např. Telnet,
interaktivní hry)
vyžadující
odpověď
∼2 s
včasné
není kritické
∼10 s
>>10 s
Hlasové a
obrazové zprávy
Audio a video na
přání (streaming)
telefax
Transakce
(např. elektronické
obchodování)
a hledání
informací
(browsing)
Zasílání zpráv
a stahování
souborů (např. Email, download)
Stahování souborů
a přenos dat na
pozadí
(background)
Základní kvalitativní předpoklady pro různé skupiny služeb
22
Kvalita služby – QoS (Quality of Service)
typická
rychlost [kbit/s]
Přenos zvukové informace (voice, audio)
aplikace
telefonie
Symetrie
zpoždění
[s]
kolísání
zpoždění [ms]
PLR
symetricky
<0,4
preferováno
<0,15
<1
<3%
<1
<1
<3%
<10
<<1
<1%
4 až 64
hlasové
jednosměrně
4 až 32
zprávy
rozhlasové
pořady (audio jednosměrně
16 až 128
na přání)
Přenos obrazové informace (video)
videotelefon
TV pořady
(video na
přání)
symetricky
16 až 384
<0,4
preferováno
<0,15
jednosměrně
16 až 384
(pro vyšší
kvalitu až
jednotky Mbit/s)
<10
<1%
<1%
Základní kvalitativní ukazatele pro přenos zvukové a obrazové informace
23
Kvalita služby – QoS (Quality of Service)
četnost chyb
BER
<10
zpoždění
[s]
<2
přípustné <4
<15
přípustné <60
<2
přípustné <4
asymetricky
<1
<0,2
∼0
jednosměrně
<10
∼0
jednosměrně
jednosměrně
<10
∼10
<2
přípustné <4
několik minut
několik minut
symetrie
typický
objem dat [kB]
hledání informací
(browsing)
stahování souborů
a statických obrázků
asymetricky
∼10
asymetricky
10 až 10000
obchodní transakce
symetricky
aplikace
dálkové řízení
a interaktivní hry
e-mail (přístup
k serveru)
e-mail (mezi servery)
telefax
∼0
∼0
∼0
∼0
<10-6
Základní kvalitativní ukazatele pro přenos dat
24
Download

Telekomunikační služby a sítě.pdf