Μάθημα Επισκόπηση των Τηλεπικοινωνιών

Transcript

1 Μάθημα Επισκόπηση των Τηλεπικοινωνιών Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Μάθημα 9 ο (Β Μέρος) 10 ο 11 ο ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τομέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήματος Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών

2 Περιεχόμενα 2 Ευρυζωνικότητα Τηλεπικοινωνιακά δίκτυα & συστήματα Ασύρματα συστήματα Βασικές έννοιες - RF κατηγοριοποίηση Συστήματα σταθερών επικοινωνιών Συστήματα κινητών επικοινωνιών Δορυφορικά συστήματα Ενσύρματα συστήματα Το κλασσικό τηλεφωνικό δίκτυο Τεχνολογία οπτικών επικοινωνιών Συστήματα WDM Οπτικά δίκτυα

3 Ευρυζωνικότητα Η ευρυζωνικότητα ορίζεται ως το προηγμένο, εφικτό και καινοτόμο (από πολιτική, κοινωνική, οικονομική και τεχνολογική άποψη) περιβάλλον αποτελούμενο από: την χαμηλού κόστους παροχή γρήγορων συνδέσεων στο Διαδίκτυο σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού (χωρίς περιορισμούς), την κατάλληλη δικτυακή υποδομή (για κατανεμημένη ανάπτυξη υπηρεσιών, αδιάλειπτη σύνδεση χρηστών, ικανοποίηση αναγκών εφαρμογών, δυνατότητα συνεχούς αναβάθμισης), τη δυνατότητα του πολίτη να επιλέγει σύνδεση, εφαρμογές και υπηρεσίες, το κατάλληλο ρυθμιστικό πλαίσιο για την ενδυνάμωση της καινοτομίας, την προστασία του ανταγωνισμού και την εγγύηση ισορροπημένης οικονομικής ανάπτυξης. 3 Η τεχνολογική άποψη για την ευρυζωνικότητα αποτελείται από: την αδιάλειπτη πρόσβαση στο Διαδίκτυο. τους υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης προς το χρήστη [για πρόσβαση σε διαδραστικές υπηρεσίες πολυμεσικού περιεχομένου (φωνή, βίντεο και δεδομένα)].

4 Ευρυζωνικότητα Τα δίκτυα «Ευρυζωνικής Πρόσβασης» μπορούν να καλύψουν από τεχνολογικής σκοπιάς αυτές τις σύγχρονες απαιτήσεις. Φτηνές ευρυζωνικές υπηρεσίες είναι προϋπόθεση για παροχή προηγμένων υπηρεσιών επικοινωνιών και ραγδαία βελτίωση των σχέσεων κράτους πολίτη επιχειρήσεων: ehealth, egovernment, elearning, ebusiness Οι ευρυζωνικές υπηρεσίες έχουν καθοριστική σημασία στην ανάπτυξη της ΚτΠ & βελτίωση της ανταγωνιστικής θέσης της χώρας. HDTV Fixed-mobile convergence FMC 4

5 Ευρυζωνικότητα 5 Απαιτήσεις χρηστών Ενιαία πρόσβαση σε δεδομένα, φωνή και βίντεο. ΔΕΝ ενδιαφέρονται για την τεχνολογία. Ενδιαφέρονται να απολαμβάνουν τις υπηρεσίες ΠΑΝΤΟΥ. Ενδιαφέρονται για χαμηλές τιμές, ποιότητα υπηρεσιών & υποστήριξη. Τάσεις Σύγκλιση τεχνολογικών πεδίων (Τηλεπικοινωνίες, Πληροφορική & Περιεχόμενο). Σύγκλιση δικτύων (δίκτυα βασισμένα σε IP). Σύγκλιση υπηρεσιών (ίδια υπηρεσία μέσω διαφορετικών δικτύων πρόσβασης σε διαφορετικά τερματικά). Σύγκλιση τερματικών συσκευών (τηλέφωνο, υπολογιστής, tablet, TV). Ευρυζωνικότητα σήμερα: Μέσω ενσύρματων συστημάτων (π.χ. ADSL/ADSL2+/VDSL, FTTx με x=c,b,h). Μέσω ασύρματων συστημάτων (π.χ. LMDS/MMDS, WiMAX, 2G/3G/4G). Παροχή ευρυζωνικότητας σε συνδυασμό με κινητικότητα.

6 Ποιότητα Υπηρεσίας Ποιότητα Υπηρεσίας (Quality of Service - QoS) Μέτρο απόδοσης προσφερόμενων υπηρεσιών που καθορίζουν την ικανοποίηση του χρήστη. Χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο παραμέτρων: Ρυθμός δεδομένων (data rate) Καθυστέρηση (delay) Διακύμανση καθυστέρησης (jitter) Ρυθμός σφαλμάτων (bit error rate) Προτεραιότητα (priority) Διαθεσιμότητα (availability) 6

7 Εμπλεκόμενοι Ρόλοι σε Τηλεπικοινωνιακό Σύστημα 7

8 Γενικευμένη Αρχιτεκτονική Τηλεπικοινωνιακού Δικτύου δίκτυο κορμού κινητές συσκευές Α σταθμός βάσης / κόμβος πρόσβασης Β δίκτυο συγκέντρωσης/ συνάθροισης C Internet Υπηρεσίες τηλεφωνίας Εταιρικά δίκτυα VPN Α κόμβος πρόσβασης Β Υπηρεσίες TV στατικές συσκευές Α Β Yψηλός ρυθμός δεδομένων στον τελικό χρήστη Υψηλή χωρητικότητα & μικρά λειτουργικά έξοδα Στόχοι 8 C Συγκέντρωση και επεκτασιμότητα

9 Δομή Τηλεπικοινωνιακών Δικτύων Global Network < km < 10 Tbit/s Wide Area Network < 100 km < 1 Tbit/s Metropolitan/Regional Area Optical Network Client/Access Networks Cable modem Networks SDH/ SONET ISP ATM FTTB Gigabit Ethernet < 20 km 100M - 10 Gbit/s ATM Cable FTTH PSTN/IP Mobile Corporate/ Enterprise Clients 9

10 Μητροπολιτικά Δίκτυα & Τεχνολογίες Πρόσβασης Επιχειρήσεις/οικιακοί χρήστες xdsl Access χαλκός Δημόσιες Υπηρεσίες/ Επιχειρήσεις Επιχειρήσεις/οικιακοί χρήστες FTTH Οπτική ίνα Hotspot Customer Premises Equipment Metro Edge Metro core Metro Edge Οπτική ίνα Ethernet over WDM IP Backbone 10

11 Δίκτυο Πρόσβασης & Δίκτυο Κορμού Δίκτυο πρόσβασης (access network) Ενσύρματη πρόσβαση o o o o ADSL / ADSL2+ / VDSL2 / VDSL3 Οπτική πρόσβαση (FTTH, EPON, P-to-P Ethernet, C/DWDM) Καλωδική πρόσβαση Πρόσβαση μέσω γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος Ασύρματη πρόσβαση o o o o o GSM / GPRS / UMTS / HSPA / LTE LMDS / MMDS WiMAX WLAN Δορυφορική πρόσβαση Δίκτυο κορμού (backbone or core network) Ενσύρματο (π.χ. IP/MPLS, ATM, SDH) Ασύρματο (π.χ. μικροκυματικές ζεύξεις, WiMAX) 11

12 Ασύρματα (RF) Συστήματα Επικοινωνιών: Ιστορική Αναδρομή Βασικές Έννοιες Ιστορική αναδρομή: 1867 (εξισώσεις Maxwell), 1888 (Hertz: παραγωγή και ανίχνευση Η/Μ κυμάτων), 1895 & 1901 (Marconi: εκπομπή και λήψη σήματος μέσω κεραίας), 1957 (εκτόξευση Sputnik1),1979 (αναλογικές κινητές επικοινωνίες), 1992 (δίκτυα GSM), 2001 (δίκτυα CDMA), Ασύρματες (wireless) και κινητές (mobile) επικοινωνίες LMDS και μικροκύματα είναι ασύρματες, αλλά όχι κινητές τεχνολογίες (fixed wireless). Κυψελωτά τηλέφωνα και δορυφόροι είναι ασύρματες και κινητές τεχνολογίες. Βαθμοί κινητικότητας Τα ασύρματα τηλέφωνα έχουν μικρή κινητικότητα, τα κυψελωτά έχουν μεγαλύτερη κινητικότητα. Κυψελωτά Υποδομή ασύρματων συστημάτων που σχηματικά μοιάζει με σύνολο κυψελών. 12

13 Ασύρματα (RF) Συστήματα Επικοινωνιών: Δομικά Στοιχεία & Λειτουργίες Πομπός - δέκτης Αναμεταδότες Κεραίες Αναλογική - ψηφιακή διαμόρφωση Ενισχυτές LNA Μέθοδοι πολυπλεξίας και πολλαπλής πρόσβασης: FDM(A), TDM(A), CDM(A), SDM(A). 13

14 Διαμορφώσεις 14 Τα σήματα βασικής ζώνης δεν είναι κατάλληλα για ασύρματη μετάδοση: Οι διαστάσεις των κεραιών δεν θα ήταν πρακτικές. Δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα το ίδιο φάσμα χαμηλών συχνοτήτων. Όλα τα σημαντικά ψηφιακά κινητά κυψελωτά πρότυπα χρησιμοποιούν ψηφιακή διαμόρφωση: BPSK, QPSK, GMSK, κλπ. Διασπορά φάσματος: διαδικασία πολλαπλασιασμού wideband σήμα narrowband σήματος με χρήση σε CDMA αύξηση ασφάλειας επικοινωνιών ΟFDM: μετάδοση δεδομένων υψηλών ρυθμών μέσω εξαιρετικά δυσμενών καναλιών.

15 Εφαρμογές Συστημάτων Ψηφιακής Διαμόρφωσης 15

16 Προκλήσεις RF Συστημάτων Ένα ασύρματο σήμα υπόκειται πολλές επιδράσεις από το περιβάλλον, θέτοντας περιορισμούς στην απόδοση του συστήματος Ανάκλαση, σκέδαση, περίθλαση Διασπορά καθυστέρησης λόγω πολυδιαδρομικών φαινομένων (multipath delay spread) Διαλείψεις (fading) Παρεμβολές 16 Για να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις της ασύρματης μετάδοσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες τεχνικές και εργαλεία Diversity (time, space, etc.) (περιορισμός fading) Spread Spectrum (περιορισμός fading) Power Control (περιορισμός παρεμβολών) Discontinuous Transmission (περιορισμός παρεμβολών) Directional Antennas (περιορισμός παρεμβολών) Channel Allocation (περιορισμός μη αποδοτικών καναλιών)

17 Ασύρματα Συστήματα Μετάδοσης Μετάδοση στον ελεύθερο χώρο. Ραδιοσυχνότητες (RF): 3 khz GΗz (π.χ. radio, TV, radar, μικροκυματικές, δορυφορικές ζεύξεις). Το ραδιοφάσμα υπόκειται σε περιορισμούς χρήσης από διεθνείς και εθνικούς οργανισμούς (ITU-R, RRB, CCIR, ETSI, FCC, ΕΕΤΤ). 17

18 Ζώνες Συχνοτήτων Κύματα Επιφανείας Ουράνια Κύματα Κύματα Χώρου Μικροκύματα 18

19 Ραδιοσυχνότητες & Υπηρεσίες 19

20 Ραδιοσυχνότητες & Υπηρεσίες 20

21 Κατηγοριοποίηση Ασύρματων Συστημάτων Με βάση την εμβέλεια Wireless Wide Area Networks (WWANs) Wireless Metropolitan Area Networks (WMANs) Wireless Local Area Networks (WLANs) Wireless Personal Area Networks (WPANs) WWAN Κυψελωτά, Δορυφορικά WMAN WiMAX, LMDS, MMDS WLAN Wi-Fi 21 WPAN Bluetooth, ZigBee

22 Κατηγοριοποίηση Ασύρματων Συστημάτων Με βάση την κινητικότητα Συστήματα σταθερών επικοινωνιών (Fixed Wireless Systems) Συστήματα κινητών επικοινωνιών (Mobile Wireless Systems) 22

23 Fixed Wireless Fixed wireless: αναφέρεται σε ασύρματες συσκευές ή συστήματα εγκατεστημένα σε σταθερές τοποθεσίες. Οι μεταδόσεις σημάτων πραγματοποιούνται μέσω του αέρα χωρίς την ανάγκη χάλκινων καλωδίων ή οπτικών ινών. Πλεονεκτήματα: Δυνατότητα προσθήκης ή αφαίρεσης συνδρομητών (σε λογικά πλαίσια) χωρίς τροποποίηση υποδομής. Δυνατότητα σύνδεσης στο δίκτυο συνδρομητών απομακρυσμένων περιοχών χωρίς ανάγκη εγκατάστασης νέων καλωδίων ή οπτικών ινών. Δυνατότητα οικονομικών ασύρματων ευρυζωνικών υπηρεσιών (αύξηση αριθμού συνδρομητών μείωση κόστους σύνδεσης ανά συνδρομητή ). 23

24 Τύποι Fixed Wireless Point to Point (PtP) Παρέχουν αποκλειστικές συνδέσεις υψηλών ταχυτήτων σε κόμβους ενός δικτύου. Point to MultiPoint (PMP) Διανομή υπηρεσιών σε πολλαπλούς κόμβου ενός δικτύου. Παράδειγμα: τηλεόραση PMP σύστημα με σταθερό σταθμό μετάδοσης και σταθερούς δέκτες. Μπορεί να θεωρηθεί «ευρυζωνική» (με 6MHz εύρος ζώνης υποστηρίζει ρυθμούς 20 Mbps ή και μεγαλύτερους). 24

25 Υπηρεσίες Fixed Wireless Τηλεφωνικές υπηρεσίες για κοινό και επιχειρήσεις. Υπηρεσίες Διαδικτύου για κοινό και επιχειρήσεις: Web-browsing Kατέβασμα /ανταλλαγή αρχείων (κειμένου, εικόνων, βίντεο, ήχου κλπ.) Streaming αρχείων ήχου/βίντεο για real-time audio/video συνδέσεις Voice over Internet Protocol (VoIP) 25

26 Υπηρεσίες Fixed Wireless Ιδιωτικές επικοινωνίες δεδομένων υψηλών ταχυτήτων για μικρές, μεσαίες και μεγάλες επιχειρήσεις: Σύνδεση γραφείων ή εγκαταστάσεων επιχειρήσεων με ευρυζωνικές υπηρεσίες (συμπεριλαμβανομένων υπηρεσιών δεδομένων και εσωτερικών δικτύων LAN ή WAN) Σύνδεση απομακρυσμένων κτιρίων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων για παροχή μεταδόσεων υψηλών ταχυτήτων όπως δεδομένων, βίντεο, τηλεδιάσκεψης κλπ. Ζεύξεις Backhaul για σύνδεση σταθμών βάσης (BTS) κυψελωτών συστημάτων με κινητά κέντρα μεταγωγής (MSCs) για μεταφορά της κίνηση δεδομένων και φωνής στο δημόσιο δίκτυο τηλεφωνίας (PSTN). FM και TV αναμεταδότες για σύνδεση στούντιο σε απομακρυσμένες εγκαταστάσεις μετάδοσης. 26

27 Ραδιοφωνία - Τηλεόραση Ραδιοφωνία ΑΜ ( MHz) - FM ( MHz) Ψηφιακή ραδιοφωνία T-/S-DAB ( MHz, MHz) ΜP2 (MPEG audio layer II) Αναλογική TV ( MHz, MHz) Ψηφιακή ΤV (DVB-T,-S) MPEG (-2, -4) χωρικός πλεονασμός χρονικός πλεονασμός στατικός πλεονασμός Ρυθμοί 2-10 Μbps 27

28 Μικροκυματικά Συστήματα Εύρος λειτουργίας 3-30 GHz (ή ευρύτερα GHz). Δίκτυα κορμού υπεραστικά δίκτυα Άλματα (hops) 2-50 km (επαναλήπτες), οπτική επαφή (LOS). Από το 1990 χρήση f >23 GHz (ψηφιακές τεχνικές, διαθεσιμότητα πομπών VLSI) 28

29 Μικροκυματικά Συστήματα 29

30 Μικροκυματικά Συστήματα Πομποί Λυχνίες Klystron: 2-6 GHz Λυχνίες TWT: GHz Σύγχρονες μικροκυματικές γεννήτριες (δίοδοι Gunn, GaAs FET): f μέχρι 50 GHz, χαμηλή ισχύς 30

31 Wireless Local Loop (Fixed Wireless) Ασύρματος τοπικός βρόχος (Wireless Local Loop - WLL). Παρέχει ασύρματη πρόσβαση (local loop) σε σπίτι ή επιχείρηση αντικαθιστώντας το χάλκινο καλώδιο (σχεδόν καθόλου κινητικότητα). Τεχνολογίες: LMDS, MMDS, WiMAX Ζεύξεις: Forward Link, Downlink, Downstream Reverse or return Link, Uplink, Upstream LOS & NLOS 31

32 Συστήματα LMDS LMDS: Local Multipoint Distribution Services Ευρυζωνικό PMP σύστημα Συχνότητες λειτουργίας πάνω από 20 GHz Full duplex (ταυτόχρονης αμφίδρομης κατεύθυνσης) Επικρατούσες μέθοδοι TDMA & FDMA Αποδοτική λύση για ευρυζωνική ασύρματη πρόσβαση τοπικού βρόχου: Υπηρεσίες τηλεφωνίας Δεδομένα Πρόσβαση στο Διαδίκτυο Βίντεο Περιορισμένο εύρος κάλυψης (ακτίνα από 3 έως 5 μίλια). LOS 32

33 Συστήματα MMDS MMDS: Multichannel Multipoint Distribution Services Ευρυζωνικό PMP σύστημα Συχνότητες λειτουργίας ανάμεσα σε 2.5 GHz και 2.7 GHz. Παροχή διάφορων υπηρεσιών (δορυφορικές, επίγειες, καλωδιακές και τοπικές βασικής ζώνης). Δυνατότητα χρήσης σταθμών επαναληπτών. Εύρος κάλυψης κεραίας μέχρι km (ανάλογα με την ισχύ εκπομπής 1-100w). Περιορισμένος αριθμός διαθέσιμων καναλιών στις χαμηλές RF μπάντες συχνοτήτων (εύρος ζώνης 200 MHz) μείωση αποδοτικού αριθμού καναλιών (για TV σήματα εύρους ζώνης 6 MHz μόνο 33 κανάλια). LOS & NLOS 33

34 LMDS vs ΜΜDS 34

35 Συστήματα WiMAX WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ΙΕΕΕ Συχνότητες λειτουργίας 2-66GHz LOS & NLOS Δίκτυα κορμού ή δίκτυα ευρυζωνικής πρόσβασης (τοπικού βρόχου) Υποστήριξη σταθερών, φορητών και κινητών χρηστών 35

36 Πρότυπα WLAN & WMAN Πρότυπο Συχνότητα (GHz) Μέγιστος ρυθμός δεδομένων (Mbps) Φυσικό επίπεδο (PHY) Πολλαπλή πρόσβαση IEEE ,4 2 DSSS, FHSS CSMA/CA IEEE b 2,4 11 DSSS/CCK CSMA/CA IEEE a 5 54 OFDM CSMA/CA IEEE g 2,4 54 OFDM CSMA/CA IEEE >70 Απλού Φέροντος TDMA IEEE a 2-11 ETSI HIPERLAN/2 25 (OFDM, 7 MHz) Απλού Φέροντος, OFDM, OFDMA TDMA 5 54 OFDM TDMA ETSI HIPERACCESS >70 Απλού Φέροντος TDMA 36 ETSI HIPERMAN (7 MHz) OFDM TDMA

37 Σύνοψη Fixed Wireless Οι πάροχοι προτιμούν τις fixed wireless τεχνολογίες όταν οι κλασσικές γραμμές χαλκού ή ίνας έχουν υψηλό κόστος, είναι συμφορημένες ή μη διαθέσιμες. Τα συστήματα fixed wireless είναι ιδανικά για παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών (Διαδίκτυο, δεδομένα, φωνή και βίντεο) και υπηρεσιών φωνής σε επιχειρήσεις και συνδρομητές. Τα συστήματα fixed wireless χρησιμοποιούν το φάσμα συχνοτήτων από 2 GHz έως 40 GHz. 37

38 Mobile Wireless Cellular Networks Κινητικότητα (mobility): δυνατότητα μετακίνησης του χρήστη από σημείο σε σημείο μέσα στο δίκτυο χωρίς διακοπή της σύνδεσης. Κυψελωτά δίκτυα (cellular networks): χωρισμός γεωγραφικής περιοχής σε κυψέλες. Κυψέλες: Εξαγωνική αναπαράσταση Το πραγματικό σχήμα δεν εξάγωνο. Το μέγεθος ποικίλει ανάλογα με μορφολογία εδάφους και κίνηση. Σταθμοί βάσης παρέχουν ασύρματες υπηρεσίες στους κινητούς χρήστες σε κάθε κυψέλη. Συνδυάζοντας τις κυψέλες μεγάλη γεωγραφική κάλυψη. 38

39 Κυψελωτά Συστήματα Βασικές Έννοιες Κάθε κινητός χρήστης χρησιμοποιεί ένα ξεχωριστό (προσωρινό) ζεύγος καναλιών (uplink, downlink) στην περιοχή της κυψέλης ταυτόχρονη επικοινωνία πολλών χρηστών. Επαναχρησιμοποίηση συχνότητας (frequency reuse) συστάδα (cluster): N γειτονικές κυψέλες με διαφορετικά κανάλια συντελεστής επαναχρησιμοποίησης: 1/Ν ενδοκαναλικές παρεμβολές (παρεμβολές από ίδιο κανάλι σε κοντινές περιοχές) 39 TDMA ανά συχνότητα

40 Κυψελωτά Συστήματα Βασικές Έννοιες Μεταπομπή/διαπομπή (handover/handoff): διαδικασία μεταφοράς εν εξελίξει επικοινωνίας από ένα σταθμό βάσης/κανάλι σε άλλο (μη αντιληπτή από το χρήστη). Διακυψελική (intercell) Ενδοκυψελική (intracell) 40

41 Τύποι Κυψελών 41

42 Κυψελωτά Συστήματα Ιστορική Αναδρομή 1G (πρώτη γενιά, 1979): aναλογική μετάδοση, υπηρεσίες φωνής (π.χ. NTT, AMPS). 2G (δεύτερη γενιά, 1992): ψηφιακή μετάδοση, υπηρεσίες φωνής και δεδομένων χαμηλού ρυθμού (π.χ. GSM, IS-95). 2.5G G: αύξηση ρυθμού μετάδοσης δικτύου 2G (π.χ. GPRS, EDGE). 3G (τρίτη γενιά, 2001): ψηφιακή μετάδοση, ευρυζωνικές υπηρεσιών φωνής, δεδομένων και πολυμέσων (π.χ. UMTS). 3.5G 3.9G: αύξηση ρυθμού μετάδοσης δικτύου 3G (π.χ. HSPA, HSPA+, LTE). 4G (τέταρτη γενιά): προηγμένες υπηρεσίες υψηλού εύρους ζώνης, IP-based, καλύτερη κάλυψη, ευστάθεια και απόδοση (π.χ. LTE-advanced, WiMAX 2). 5G 42

43 Σύστημα GSM (2G) GSM: Global System for Mobile Communications Συχνότητες λειτουργίας: o o o 900 MHz (GSM) 1800 ΜHz (GSM-1800, DCS) 1900 MHz (GSM-1900, PCS) Υποστηρίζονται 124 ζεύγη καναλιών (φερουσών συχνοτήτων) FDMA με απόσταση 200KHz για αποφυγή παρεμβολών. TDMA με 8 slots 8 χρήστες ανά κανάλι. Βασικός ρυθμός 9.6Kbps. Διεθνής περιαγωγή, SIM κάρτα ασφαλείας, SMS. 43

44 Αρχιτεκτονική GSM Operation/Support SubSystem 44

45 GPRS HSCSD - EDGE (2G+) Εξέλιξη των 2G για υψηλότερους ρυθμούς υπηρεσιών δεδομένων για εφαρμογές δεδομένων: o GPRS (General Packet Radio Service) δίκτυο μεταγωγής πακέτου (GSM δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος) εκχώρηση περισσότερων χρονοθυρίδων σε ένα πλαίσιο υποστήριξη ποικίλων ρυθμών έως 171.2kbps o o HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος εκχώρηση περισσότερων χρονοθυρίδων σε ένα πλαίσιο υποστήριξη ρυθμών έως 57.6kbps EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) εξέλιξη του GPRS υποστήριξη ρυθμών έως 384kbps 45

46 Συστήματα 3G, 3G+, 4G 3G Σύνολο προτύπων IMT-2000 της ITU o UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) o CDMA2000 Συχνότητες λειτουργείας 900, 1900, 2100ΜΗz Βασική τεχνική: CDMA Ποικίλες ευρυζωνικές υπηρεσίες Υποστήριξη ρυθμών έως 2Mbps και μεταβαλλόμενες απαιτήσεις QoS. 3G+ HSPA (High-Speed Packet Access): υποστήριξη ρυθμών έως 14.4Mbps (downlink)/5.76mbps (uplink) HSPA+: υποστήριξη ρυθμών έως 42Mbps (downlink)/11mbps (uplink) LTE (Long Term Evolution): υποστήριξη ρυθμών έως 100Mbps (downlink) / 50Mbps (uplink) & MIMO. 46 4G IMT-advanced o LTE-advanced: υποστήριξη ρυθμών έως 1Gbps o WiMAX 2 IP-based, διαλειτουργικότητα

47 Αρχιτεκτονική UMTS GERAN GSM / EDGE Radio Access Network UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network SGSN Serving GPRS Support Node GGSN Gateway GPRS Support Node SMSC Short Message Service Centre IMS IP Multimedia Subsystem 47

48 Δορυφορικά Συστήματα Ιδέα χρήσης τεχνητού γήινου δορυφόρου στο διάστημα ως επικοινωνιακού κόμβου μεταξύ επίγειων απομακρυσμένων σταθμών: Arthur C. Clarke (συγγραφέας βιβλίων επιστημονικής φαντασίας) Extra - Terrestrial Relays (Wireless World, 1945). Sputnik 1 (εκτόξευση 4 Oκτωβρίου 1957): πρώτος τεχνητός γήινος δορυφόρος της ΕΣΣΔ, εκπομπή δεδομένων τηλεμετρίας για 21 μέρες. Explorer 1 (εκτόξευση 31 Ιανουαρίου 1958): πρώτος δορυφόρων των ΗΠΑ. COMSAT (1963, ΗΠΑ): διεθνής εταιρία τηλεπικοινωνιών παροχής δορυφορικών υπηρεσιών. SYNCOM 3 (1964): πρώτος γεωστατικός δορυφόρος για κάλυψη Ολυμπιακών Αγώνων Τόκιο. ΙΝΤELSAT (1964): διεθνής οργανισμός τηλεπικοινωνιών μέσω δορυφόρου. INMARSAT (1979): διεθνής οργανισμός δορυφορικών επικοινωνιών ναυσιπλοΐας και τοπικοί οργανισμοί όπως ARABSAT, EUTELSAT, ASIASAT, HELLASSAT. 48

49 Δορυφορικές Επικοινωνίες Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών περιοχών. Ανεξαρτησία υποδομής και κόστους από απόσταση μεταξύ επικοινωνούντων επίγειων σταθμών. Μοναδική λύση για τηλεπικοινωνιακή κάλυψη δύσβατων περιοχών όπου η χρήση καλωδιακών συστημάτων είναι αδύνατη ή εξαιρετικά δαπανηρή. Υποστήριξη μεγάλου εύρους εφαρμογών και υπηρεσιών. 49 Μειονεκτήματα Μεγάλη απόσταση δορυφόρου Μεγάλη καθυστέρηση διάδοσης (~500ms για διάδοση σήματος από σταθμό εδάφους στο δορυφόρο και πίσω). Μεγάλες απαιτήσεις ισχύος. Υψηλό αρχικό κόστος [εκτόξευση και τοποθέτηση του δορυφορικού σταθμού καθώς και περιορισμένος χρόνος ζωής (10 15 χρόνια)] Ζητήματα ασφάλειας επικοινωνιών (απαίτηση εξειδικευμένων τεχνικών κρυπτογράφησης).

50 Δορυφορικό Σύστημα Τηλ/νιών Δορυφορικός σταθμός διαστήματος Δορυφορικοί σταθμοί εδάφους Δορυφορική ζεύξη και πρόσβαση o o o o άνω ζεύξη (uplink) με f u κάτω ζεύξη (downlink) με f d f d < f u πολλαπλή πρόσβαση Παρεχόμενες υπηρεσίες 50

51 Είδη Τροχιών Δορυφόρων o Χαμηλή τροχιά (Low Earth Orbit, LEO): 500 km < h < 2000 km o π.χ. Iridium & Globalstar o Μεσαία τροχιά (Medium Earth Orbit, MEO): 2000 km < h < km o π.χ. GPS o Γεωστατική τροχιά (Geostationary Earth Orbit, GEO): h km o π.χ. BGAN/Inmarsat o Υψηλή ελλειπτική τροχιά. (Highly Elliptical Orbit, ΗEO): h > km o π.χ. Molniya Δορυφόρος Παγκόσμια κάλυψη με 3 GEO δορυφόρους Απόγειο Γη Περίγειο Περίοδος περιστροφής για κυκλική τροχιά 51 T = 2π ( h+ R) G M 3

52 Εκτόξευση Δορυφόρων Περιοχές εκτόξευσης (spaceports) Kourou (Γαλλική Γουϊάνα κοντά στον ισημερινό) Canaveral (ΗΠΑ) Kagoshima (Ιαπωνία) Τaiyan (Κίνα) Baikonur (Καζακστάν) 52

53 Δομικά Στοιχεία Δορυφόρου Τηλ/νιων Διαστημική πλατφόρμα Σκελετός υποδομής - κέλυφος Υποσύστημα ελέγχου θέσης Υποσύστημα τηλεμετρίας, παρακολούθησης & ελέγχου (ΤΤ&C) Υποσύστημα ελέγχου τροχιάς Υποσύστημα ηλεκτρικής τροφοδοσίας Υποσύστημα ελέγχου θερμοκρασίας Υποσύστημα τηλεπικοινωνιών 53

54 Συχνότητες Δορυφορικών Συστημάτων L-band (1-2 GHz) S-band (2-4 GHz) C-band (4-8 GHz) f u : 6 GHz ( GHz) και f d : 4 GHz ( GHz) X-band (8-12GHz) Ku-band (12-18GHz) f u : 14 GHz ( GHz) και f d : 12 GHz ( GHz) & ( GHz) Ka-band ( GHz) f u : 30 GHz ( GHz) και f d : 17 GHz ( GHz) Για αποφυγή παρεμβολών: απόσταση GEO δορυφόρων > 500 km για C-band και ~ 300km για Ku-band περιορισμός σε αριθμό δορυφόρων που εξυπηρετούν μια γεωγραφική περιοχή 54

55 Σταθμός Εδάφους - Υποσύστημα Τηλ/νιων Κεραία f d f u LNA ΗPA Κάτω Μετατροπέας f IF Τοπικός ταλαντωτής LO f IF Ανω μετατροπέας Ενισχυτής IF Φίλτρο Ζώνης Ενισχυτής IF Αποδιαμορφωτής Διαμορφωτής D E M U X M U X Β Α Σ Ι Κ Η Ζ Ω Ν Η Επίγειο συμβατικό δίκτυο f IF =70 ή 140 MHz Ενισχυτής HPΑ (High Power Amplifier): TWT ή Klystron (100W 3kW) Ενισχυτής LNA (Low Noise Amplifier) 55

56 Τύποι Δορυφορικών Σταθμών Εδάφους Μεγάλοι σταθμοί εδάφους [πύλες (gateways ή hubs)]: παροχή υπηρεσιών στο κοινό σε διεθνές επίπεδο. σύνδεση δορυφορικού τηλεπικοινωνιακού δικτύου με επίγεια δίκτυα. κεραίες διαμέτρου μέχρι και 30m. Μικροί σταθμοί εδάφους: μεμονωμένοι χρήστες. κεραίες διαμέτρου m [VSAT (Very Small Aperture Terminal)]. κεραίες διαμέτρου m [USAT (Ultra Small Aperture Terminal)]. παρέχονται συνδρομητικές υπηρεσίες (τηλεφωνία, δεδομένα, TV). κινητοί σταθμοί εδάφους (πλοία, αεροσκάφη και προσωπικά κινητά τηλέφωνα). 56

57 Σταθμός Διαστήματος - Υποσύστημα Τηλ/νιων Δορυφορικός Αναμεταδότης (Transponder) Φίλτρο Ζώνης LNA Κάτω Μετατροπέας f d Τοπικός ταλαντωτής LO I M U X Προενισχυτής pa Ενισχυτής Υψηλής ισχύος HPA O M U X f u f d Διαχωριστής συχνοτήτων f u /f d Συστοιχία κεραιών Διαχείριση εύρους ζώνης συχνοτήτων περίπου 500 MHz. Κανάλια πλάτους 36, 54, 72 ΜΗz. Ισχύς εκπομπής ~ 20 W. 57

58 Δορυφορικές Κεραίες Κεραίες διαστήματος: G, T EIRP = G t P t Γεωγραφική κάλυψη - Δορυφορικό ίχνος (satellite footprint) 58 Ισοϋψείς καμπύλες ΕIRP δορυφόρου ΗΟΤΒΙRD2- EUTELSAT

59 Δορυφορικές Κεραίες Κεραίες εδάφους: G/Τ, στενός λοβός ακτινοβολίας G r /T s : figure of merit (δείκτης ποιότητας) Συνήθως παραβολικός ανακλαστήρας διαμέτρου m (εξαρτάται από τη συχνότητα και τον ΕΙRP του εκάστοτε δορυφόρου που παρέχει την υπηρεσία). Πολυδεσμικές (multibeam) κεραίες για ταυτόχρονη επικοινωνία με τουλάχιστον 20 δορυφόρους. 59

60 Τεχνικές Μετάδοσης Διαμόρφωση FM PSK. Κωδικοποίηση πηγής (π.χ. MPEG) & καναλιού (π.χ. Reed Solomon). Ανάγκη χρήσης δορυφόρου από πολλούς σταθμούς εδάφους (πολλαπλές ζεύξεις δύο δρόμων) πολλαπλή πρόσβαση: FDMA TDMA CDMA Τυχαία πρόσβαση 60

61 Δορυφορικές Υπηρεσίες Σταθερές δορυφορικές υπηρεσίες (Fixed Satellite Services - FSS) Δορυφορικές υπηρεσίες ευρυεκπομπής (Direct Broadcast Satellite Services - DBS) Κινητές δορυφορικές υπηρεσίες (Mobile Satellite Services - MSS) Δορυφορικές υπηρεσίες ραδιοεντοπισμού & ραδιοπλοήγησης (GPS) Μετεωρολογικές δορυφορικές υπηρεσίες Δορυφορικές υπηρεσίες έρευνας διαστήματος & εξερεύνησης γης 61

62 Τεχνολογία VSAT - USAT Εξέλιξη τεχνολογίας αύξηση εκπεμπόμενης ισχύος από δορυφόρο, αύξηση συχνότητας εκπομπής & εκπομπή με spot beams VSAT USAT Αμφίδρομος σταθμός εδάφους με συνήθης διάμετρο m Ρυθμοί μετάδοσης από 64kbps μέχρι και 2Mbps+. Εφαρμογές τηλεφωνίας, τηλεόρασης, Διαδικτύου, τηλεδιάσκεψης, τηλεϊατρικής κλπ. o Master Earth Station o Host computer 62 o VSATs

63 Πρότυπa DVB-S & DVB-RCS (ETSI) 63 Είδη καναλιών: Forward channel (hub satellite user) Return channel (user satellite hub) Πρότυπο Digital Video Broadcasting - Satellite (DVB-S) & DVB-S2 Υπηρεσίες DBS [ψηφιακή TV (MPEG)] (forward channel) π.χ. ΟΤΕ, NOVA (Eutelsat) με συχνότητα κάτω ζεύξης ~12 GΗz, κεραία λήψης διαμέτρου ~60cm. Πρότυπο DVB-RCS (DVB - Return Channel via Satellite) & DVB-RCS2 Aμφίδρομες ευρυζωνικές υπηρεσίες μετάδοσης φωνής, δεδομένων, εικόνας και video κλπ. μέσω δορυφόρου. Χρήση DVB-S για το forward channel Για κινητά συστήματα DVB-RCS+M (DVB-RCS Mobile) & DVB-SH (DVB - Satellite services to Handhelds)

64 Δορυφορικές Υπηρεσίες στην Ελλάδα ΟΤΕ: ιδρυτικό μέλος INMARSAT Εξυπηρέτηση δορυφορικών επικοινωνιών από 12 δορυφορικούς σταθμούς εδάφους που στοχεύουν δορυφόρους οργανισμών ΙNTELSAT, EUTELSAT, INMARSAT & HELLASSAT. 64 HELLAS-SAT 2 Πρώτος ελληνοκυπριακός δορυφόρος 30 αναμεταδότες με δύο σταθερές δέσμες που καλύπτουν την Ευρώπη και δύο κινητές για περαιτέρω κάλυψη (π.χ. Μέση Ανατολή, Αφρική). Ιδανικός για υπηρεσίες DBS (ραδιοφωνικές, τηλεοπτικές), IP και μετάδοση δεδομένων. Συχνότητες λειτουργίας: Ku-band. Παρεχόμενη ταχύτητα download/upload = 1024/128 Kbps

65 Γιατί Οπτικά συστήματα; 65 Η οπτική εξασθένιση στα 1,3 μm και 1,55 μm είναι πολύ μικρότερη από την ηλεκτρική εξασθένιση σε οποιοδήποτε καλώδιο στις χρησιμοποιούμενες συχνότητες μετάδοσης Επίτευξη μεγαλύτερων αποστάσεων μεταξύ των οπτικών αναγεννητών απ ό,τι μεταξύ των ηλεκτρικών αναγεννητών Μεγάλο Εύρος ζώνης Οι οπτικές συχνότητες είναι πολύ υψηλότερες από τις συμβατικές μικροκυματικές Υψηλότερες συχνότητες διαμόρφωσης και υψηλότεροι ρυθμοί μετάδοσης Στις οπτικές συνδέσεις, το εύρος ζώνης εξαρτάται πολύ λιγότερο από το μήκος τους αντίθετα με τις συμβατικές εν/ασυρματες ζεύξεις Η οπτική εξασθένιση είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα διαμόρφωσης Ένα οπτικό σύστημα επικοινωνιών μπορεί να αναβαθμιστεί σε υψηλότερο bandwidth αντικαθιστώντας τις τερματικές διατάξεις αποστολής και λήψης και όχι το μέσο μετάδοσης

66 Οπτικό σύστημα επικοινωνιών 66

67 ΔΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ - Παράμετροι λειτουργίας Οπτικές ίνες Οπτικές πηγές : Laser 1060 nm-1600nm, 2mW-10mW, (SM/0.1) Φωτοφωρατές PIN, APD Ενισχυτές (ΟΕ - ΕΟ, SOA, EDFA) Αναγεννητές (OE-EO) Τεχνικές μετάδοσης Ψηφιακή διαμόρφωση (ΟΟΚ-SCM), bit rate: 2.5 Gbps 40 Gbps BER 10-9 ή Παθητικά στοιχεία (φίλτρα, συζεύκτες, οπτικοί διαμορφωτές) Με πολυπλεξία είναι εφικτοί ρυθμοί της τάξεως των Tbps 67

68 Εύρος ζώνης-χωρητικότητα ΟΣ 68 Tο τεράστιο εύρος ζώνης της οπτικής ίνας συνδυαζόμενο με τη υψηλή φέρουσα συχνότητα (250 ΤHz): R b >>1Tbps. Στην πράξη διασπορά και electronic bottle neck R b ~40Gbps Η χρήση πολλαπλών καναλιών (ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ) είναι ο απλούστερος τρόπος για την πληρέστερη εκμετάλλευση του τεράστιου εύρους ζώνης ενός ΟΣ TDM 1. Electrical TDM Κανάλια δεδομένων συνδυάζονται ηλεκτρονικά και διαμορφώνουν την οπτική φέρουσα (SCM) 2. Optical TDM (OTDM) Κανάλια δεδομένων με παρεμφερή bitrates συνδυάζονται οπτικά στην ίδια οπτική φέρουσα FDM 1. Electrical FDM Κανάλια δεδομένων προκύπτουν διαμορφώνοντας διαφορετικές μικροκυματικές φέρουσες και συνδυάζονται σε ένα bit-stream που διαμορφώνει την οπτική φέρουσα (SCM) 2. Optical FDM (OFDM) Πολλαπλά οπτικά Κανάλια (μήκη κύματος) διαμορφώνονται από διαφορετικά bitstreams που στη συνέχεια συνδυάζονται οπτικά στην ίδια οπτική ίνα: WDM Αρκετες100δες κανάλια μπορούν να μεταδοθούν με αυτό το τρόπο

69 OTDM systems Ελκυστική τεχνική για μετάδοση data με ρυθμούς > 40 Gbps Δυνατότητα μετάδοσης 1 Τbps σε ένα μήκος κύματος Δυνατότητα συνδυασμού με WDM Χρήση low speed electonics Απαραίτητη η χρήση του RZ format Ακριβής έλεγχος της καθυστέρησης (Delay) Υψηλός extinction ratio (30dB) 69

70 WDM systems 70 Ο ρυθμός μετάδοσης παραμένει ο ίδιος (2.5 ή 10 Gbps) και προστίθενται περισσότερα λ με καθένα να μεταφέρει δεδομένα σε αυτό το ρυθμό Όχι επίδραση της χρωματικής διασποράς και της PMD Η χωρητικότητα αυξάνεται βηματικά (modular) Τα συστήματα WDM είναι διαφανή (διαφορετικά λ μεταφέρουν διαφορετικά bit rates και πρωτόκολλα) Απλή διαδικασία Αdd/drop ένα σύστημα WDM χρειάζεται: Ν Rx, Τx Ν MUX/DEMUX Περιορισμοί χωρητικότητας ΒW Οπτικών ενισχυτών Μη γραμμικά φαινόμενα Αστάθεια μήκους κύματος εκπομπής Χtalk (διαφωνία)

71 CWDM -DWDM 71

72 WDM δομικά στοιχεία I 72

73 WDM δομικά στοιχεία ΙΙ ADM Add/drop mux Προσθαφαίρεση ενός ή περισσότερων καναλιών Απαραίτητος για την αξιοποίηση των μηκών κύματος Star coupler ΜxN συνδυάζει Μ εισόδους και τις ισοκατανέμει σε Ν εξόδους Wavelength Router star coupler +MUX/DEMUX Στατική διάταξη Οπτικός διασταυρωτήρας OXC μη στατικός wavelength router 73

74 Τυποποίηση WDM ITU-T draft Rec. G.mcs: Optical Interfaces for Multichannel Systems with Optical Amplifiers Διάστημα μηκών κύματος: 1530 to 1625 nm 100 GHz (0.8 nm) απόσταση καναλιών, 50 GHz proposed THz ( nm) μήκος κύματος αναφοράς 74

75 Περιορισμοί των οπτικών δικτύων DWDM Η υψηλή ισχύς σε μια SM οπτική ίνα προκαλεί Stimulated Brillouin scattering (SBS) Stimulated Raman scattering (SRS) Four wave mixing (FWM) Self-phase and cross-phase modulation (SPM, CPM) Μέγιστη ισχύς σε μια ίνα: +17 dbm Διαθέσιμη ισχύς ανά κανάλι: 50/N mw (N = αριθμός καναλιών) 75

76 Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 76

77 Network technologies 77

78 ΤΥΠΟΙ ΟΠΤΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ Ι 78 Ζεύξεις Point to point (Long Haul) Απλό σύστημα 1 πομπός 1 δέκτης L = 1 km km Δίκτυα ακρόασης και διανομής 1 πομπός πολλοί δέκτες L = 1 km μερικές δεκάδες km LAN δίκτυα Πολλαπλοί κόμβοι 1 πομπός/κόμβο 1 δέκτης/κόμβο L = 100 m 10 km RR OA Οπτική διαφάνεια Όχι in line electronics Υψηλά R b Στην πράξη η απόσταση που μπορεί να ταξιδέψει το σήμα μεταξύ των ενισχυτών μπορεί να είναι μέχρι τα 120 km. Για αποστάσεις μεγαλύτερες από 600 km έως 1000 km το σήμα πρέπει να αναγεννηθεί

79 ΤΥΠΟΙ ΟΠΤΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΙΙ Δίκτυα MAN (Metro-Interoffice) Πολλαπλοί κόμβοι 1 πομπός/κόμβο 1 δέκτης/κόμβο Κάλυψη αστικών περιοχών Δίκτυα πρόσβασης (ΑCCESS) L=1-20 km Διαφορετικού τύπου υπηρεσίες Pots, ISDN, Video (broadcast-interactive), business 79

80 Market evolution for Fiber Networks Cumulative Market size Access Metro Core

81 Aσύγχρονα δίκτυα - PDH Τα πρώτα ψηφιακά δίκτυα (1970): Κάθε μεταδιδόμενο σήμα έχει το δικό του σήμα χρονισμού προσανατολισμένα στη μετάδοση και πολυπλεξία ψηφιοποιημένης φωνής (64 kbps) Στηρίζονται στο πρότυπο PDH (Plesiochronous digital Hierarchy). Υψηλότεροι ρυθμοί μετάδοσης προκύπτουν ως πολλαπλάσια του βασικού ρυθμού DS0 = 64 kbps [US: DS1=1.544 Mbps, DS2= Mbps DS3= 45 Mbps, EU: E1=2.048 kbps, E2= kbps ] Οι οπτικές ίνες αρχίζουν να εντάσσονται στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα στις αρχές της δεκαετίας του

82 Ρυθμοι μετάδοσης στο PDH 82

83 Οπτικό σύστημα 565 Mbps το PDH εμφανίζει προβλήματα στην Απολυπλεξία: η αποπολυπλεξία σημάτων χαμηλότερης τάξης πρέπει να γίνεται με διαδοχικά βήματα (π.χ. δεν είναι δυνατή η απευθείας αποπολυπλεξία σημάτων Ε1 από σήμα Ε3), διαχείριση διαλειτουργικότητα 83 μεγάλους χρόνους αποκατάστασης (sec-min) Ανάγκη ενιαίας μορφής για το οπτικό πλέον σήμα μετάδοσης και τυποποίηση των ρυθμών μετάδοσης (στο φυσικό επίπεδο), των σχημάτων κωδικοποίησης και πολυπλεξίας και των λειτουργιών συντήρησης, αποκατάστασης και διαχείρισης

84 Σύγχρονα δίκτυα SONET/SDH Ανάπτυξη του προτύπου (πρωτοκόλου) SONET (US) και του πανομοιότυπου SDH (EU). Όλα τα μεταδιδόμενα σήματα στο δίκτυο συγχρονίζονται σύμφωνα με ένα Master clock Απλοί MUX/DEMUX Οι ρυθμοί μετάδοσης είναι ακέραια πολλαπλάσια του βασικού ρυθμού ΟC1=51.84 Mbps ή του STM1=155.5Mbps (EU) Δεν υπάρχει ανώτατο όριο στο ρυθμό σηματοδοσίας Εύκολη διαχείριση, αποκατάσταση δικτύου (<60ms) Πλήρης εκμετάλλευση των Οπτικών δικτύων 84

85 Δίκτυο κορμού SDH στην ιεραρχία SDH, η αποπολυπλεξία σημάτων μπορεί να γίνει άμεσα (π.χ. είναι δυνατή η απευθείας 85 αποπολυπλεξία σημάτων Ε1 από σήμα STM1),

86 Ρυθμοί Μετάδοσης SONET/SDH rates: - OC Mb/s (STS1) OC-3, STM-1: Mb/s OC-12, STM-4: Mb/s OC-48, STM-16: Mb/s OC-192, STM-64: Mb/s Datacom rates (LAN): FDDI: 125 (100) Mb/s Fibre Channel: Mb/s Ethernet: 10 or 100 Mb/s G-Ethernet: 1250 Mb/s PDH: North America: DS1: Mb/s DS2: Mb/s - DS3: Mb/s DS4: Mb/s Europe: E Mb/s E2: Mb/s E3: Mb/s E4: Mb/s 86

87 SONET/SDH Φυσικό Επίπεδο 87

88 Δομή δικτύου κορμού (οπτικού) Ψηφιακοί διασταυρωτήρες (DCS ή DXC) Διαχείριση Δρομολόγηση Πολυπλεξία ΟΕ/ΕΟ ADM Add/drop πολυπλέκτες Προσθαφαίρεση ενός ή περισσότερων low speed streams σε high speed stream (DS1, E1 STM1) 88 1 μήκος κύματος H επεξεργασία γίνεται με ΟΕ/ΕΟ μετατροπές Ρυθμός μετάδοσης < 2.5 Gbps [OC48-STM16]

89 89

90 Το ενσύρματο δίκτυο πρόσβασης Το δίκτυο πρόσβασης (Αccess Network) είναι το Last mile δικτύου που συνδέει τον συνδρομητή με το πρώτο POP Έχει σχεδιαστεί για την παροχή τηλεφωνίας (POTS) 90

91 Τηλεφωνικό δίκτυο Από τα παραπάνω τµήµατα, το ζευκτικό δίκτυο είναι ψηφιακό και συνήθως υλοποιείται µε ινοοπτικά καλώδια ή µικροκυµατικές ζεύξεις (ρυθµοί µετάδοσης 140 Mbit/s - 10 Gbit/s) ο όρος «συνδροµητικό δίκτυο» δηλώνει ότι το τµήµα αυτό του δικτύου χρησιµοποιείται, κυρίως, για την παροχή απλώς και µόνον τηλεφωνικών υπηρεσιών. Ισοδύναμος είναι ό όρος «δίκτυο πρόσβασης» 91

92 Τηλεφωνικό κέντρο ΤΚ Το ΤΚ περιλαμβάνει: Τον εξοπλισµό µεταγωγής: διατάξεις µέσω των οποίων γίνεται η αποκατάσταση των κλήσεων µεταξύ των συνδροµητών. Μονάδες πολυπλεξίας και µετάδοσης (π.χ. πολυπλέκτες PDH ή SDH, διατάξεις HDSL κλπ.). Ο εξοπλισµός αυτός απαρτίζεται από ηλεκτρονικές ή οπτοηλεκτρονικές κάρτες οι οποίες εγκαθίστανται σε ειδικά ενθετικά πλαίσια (subracks) που µε τη σειρά τους τοποθετούνται σε ικριώµατα (racks) Ανορθωτικές διατάξεις. Οι διατάξεις αυτές είναι απαραίτητες, δεδοµένου ότι ο ενεργός εξοπλισµός που εγκαθίσταται στα τηλεφωνικά κέντρα (π.χ. διατάξεις µεταγωγής, µονάδες πολυπλεξίας και µετάδοσης κλπ.) τροφοδοτούνται µε συνεχή τάση. Η τάση εξόδου των υπόψη ανορθωτικών διατάξεων είναι -48 VDC Κατανεµητές διαφόρων τύπων. Οι κατανεµητές αυτοί µπορεί να είναι κατανεµητές συµµετρικών καλωδίων (κατανεµητές χαµηλών συχνοτήτων - Main Distribution Frames ή MDFs), κατανεµητές οµαξονικών καλωδίων (ψηφιακοί κατανεµητές - Digital Distribution Frames ή DDFs) και οπτικοί κατανεµητές (Optical Distribution Frames ή ODFs) 92

93 Το τηλεφωνικό δίκτυο POTs ΤΚ2 Κομβικό Κέντρο Τερματικό Κέντρο Τερματικό Κέντρο υποβρύχια καλώδια δορυφορικές ζεύξεις Τερματικό Κέντρο ΤΚ1 διεθνές δίκτυο Διεθνές Κέντρο Διεθνές Κέντρο Α συνδρομητές Ο συνδρομητής Β επικοινωνεί με τον Γ χρησιμοποιώντας το τερματικό κέντρο ΤΚ1. Οι συνδρομητές Α και Β για να επικοινωνήσουν χρησιμοποιούν τα ΤΚ1, ΤΚ2 και το κομβικό κέντρο. Και στις δύο περιπτώσεις η σύνδεση λέγεται αστική. Β Γ δίκτυο κορμού (υπεραστικό δίκτυο) Πρωτεύον Κέντρο Κύριο Κέντρο 1 Πρωτεύον Κέντρο Κύριο Κέντρο 2 Πρωτεύοντα Κέντρα Κύρια Κέντρα Κομβικό Κέντρο 1 Κύριο Κέντρο 1 Κομβικό Κέντρο 2 Κύριο Κέντρο 2 Κομβικό Κέντρο 3 δίκτυο πρόσβασης (αστικό δίκτυο Κομβ. Κέντ. 1 Κομβ. Κέντ. 2 Κομβ. Κέντ. 3 Κομβ. Κέντ. 4 Κομβικά Κέντρα Τερματικά Κέντρα 93 Α Τερματικά Κέντρα ΤΚ1 συνδρομητές ΤΚ2 ΤΚ3 Β Γ ΤΚ4 Το υπεραστικό δίκτυο συνδέει τα κομβικά κέντρα μεταξύ τους. Τα κύρια κέντρα βρίσκονται ένα επίπεδο παραπάνω στην ιεραρχία του δικτύου και ελέγχουν την υπεραστική κίνηση. Στο κατώτερο επίπεδο βρίσκονται τα τερματικά κέντρα γραμμές συνδρομητών Η σύνδεση αστέρα χρησιμοποιεί λίγες γραμμές (μικρό κόστος κατασκευής δικτύου), αλλά κάποιες από αυτές υπερφορτώνονται καθώς μεταφέρουν μεγάλο μέρος της κίνησης. Στο σημερινό δίκτυο της χώρας τα Πρωτεύοντα κέντρα και τα Κύρια ενοποιούνται και ονομάζονται πλέον Κύρια Κέντρα. Αυτό επιβάλλεται και από την αστική χρέωση κλήσεων εντός νομού.

94 Στην ελλάδα εχουμε 8 πρωτεύοντα κέντρα Αθήνα 1 Υπόλοιπο Αττικής και Αιγαίο 2 Θεσσαλονίκη 3 Λάρισα 4 Καβάλα 5 Πάτρα 6 Τρίπολη 7 Ηράκλειο 8 Άλλα δίκτυα (π.χ. κινητή τ/φ) 9 94

95 Οι σύγχρονες τάσεις στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα ΙP κίνηση Εφαρμογές Multimedia 95 Nέες Υπηρεσίες (video on demand, video conference. ) Ανάγκη για διαφάνεια Αξιοπιστία διαλειτουργικότητα Εύκολη αναβάθμιση Revenues in Billions of US dollars Carriers earn best on voice: Source: Datamonitor data transmission voice transmission

96 User and Service Requirements kb/s100kb/s 1Mb/s 10 Mb/s 100Mb/s Response time (ms) A B E C F D G 1Gb/s A. POTS B. Videoconferencing (low quality) C. Videoconferencing (high quality) D. Teleworking E. Telelearning F. Information exchange and retrieval G. Entertainment including Internet Information content (bits) Source: Heinrich Hertz Institute

97 Evolution of Transport Technology 35,8Tbps (320 Gbps, 112*112 ports) MOEMS based OXC demonstrated at OFC 2000, PD12 WDM SDH PDH Teleph Mbit/s Historical traffic increase by a factor of at each step. 97

98 Σενάρια για την εισαγωγή του WDM στο transport network Technology evolution WDM rings with full connectivity OADM Interconnected rings and mesh topologies OADM OADM OXC OXC OXC OXC OXC WDM rings with node addressing OADM OADM OADM OADM OADM OADM OADM WDM transmission with add/drop WDM transmission OADM OADM

99 Η οπτική τεχνολογία στα δίκτυα πρόσβασης Η χρήση των οπτικών ινών στο δίκτυο πρόσβασης υλοποιείται από την τεχνολογική πλατφόρμα FITL (Fibre Into The Loop). Ξεκίνησε στις αρχές του 1990 (ΗΠΑ, Ιαπωνία, Ευρώπη) Υψηλό κόστος FTTH (to The Home) Τεχνικές επιλογές FTTx FTTB (to The Building) FTTC (to The Curb) ONU Optical Network Unit ή ΜΟΔ: Αντιστοιχούν στους συμβατικούς υπαίθριους κατανεμητές (διατηρούν το υφιστάμενο χάλκινο δίκτυο υποδομής και ανάλογα με το βαθμό διείσδυσης x εξυπηρετούν από συνδρομητές) (ΑDM+MUX/DMUX) 99

100 Δομικά στοιχεία ένα οπτικό δίκτυο πρόσβασης Περιλαμβάνει: ONU (Optical Network Unit) ή ΜΟΔ: εξοπλισμός τερματισμού των οπτικών ζεύξεων προς την πλευρά του χρήστη έξω από τις εγκαταστάσεις του. Διατηρούν το υφιστάμενο χάλκινο δίκτυο υποδομής και ανάλογα με το βαθμό διείσδυσης x εξυπηρετούν από συνδρομητές) ONT (optical network terminals): εξοπλισμός τερματισμού των οπτικών ζεύξεων προς την πλευρά του χρήστη εντός των εγκαταστάσεών του ΟLT: Optical Line Terminal: εξοπλισμός τερματισμού των οπτικών ζεύξεων στο τηλ. Κέντρο, Διεπαφή με ΜΑΝ. ODN: Το οπτικό δίκτυο διανομής (optical distribution network) Το ODN περιλαμβάνει τις κάτωθι τεχνολογίες: Direct fiber Shared fiber Ο διαμοιρασμός της ίνας επιτυγχάνεται με τις αρχιτεκτονικές ΑΟΝ (active optical networks) ΡΟΝ (passive optical networks) 100

101 ΑΟΝ και PON 101

102 PON 102