Χαρακτηριστικά Σήµατος (Αναλογικό Σήµα)

Transcript

1 Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Αρχειονοµίας-Βιβλιοθηκονοµίας, Κέρκυρα Παρασκευή 03 NOE 2006 ίκτυα - Internet Μάθηµα 2ο Βιβλιογραφία Μαθήµατος: «Computer Networks», Tanenbaum, 4 th Edition, Pr. Hall, «Μετάδοση εδοµένων και ίκτυα Υπολογιστών». Τσιλιγκιρίδης, Θ., Αλεξίου, Γ., Μπούρας Χ., Μαµαλούκας Χ., Αγγελόπουλος, Π Χαρακτηριστικά Σήµατος (Αναλογικό Σήµα) Μήκος Κύµατος (σε µέτρα) Πλάτος 1 sec χρόνος Περίοδος (sec) Συχνότητα (Ηz)

2 Μορφές Σήµατος Τα µηνύµατα µπορούν να µεταδοθούν είτε ως αναλογικά είτε ως ψηφιακά σήµατα Τα αναλογικά σήµατα µεταβάλλονται συνεχώς µέσα στο χρόνο και έχουν τη µορφή ηµιτονοειδής καµπύλης. Τα ψηφιακά σήµατα παίρνουν διακριτές τιµές µέσα στο χρόνο, δηλαδή έχουν ένα διακριτό αριθµό δυνατών καταστάσεων. Παράδειγµα: ύο καταστάσεις Η κατάσταση 1 (ΟΝ) και η κατάσταση 0 (OFF), οι οποίες συνήθως αντιστοιχούν στις ηλεκτρικές τάσεις των +5 Volt και 0 Volt Μεταβάλλοντας τη συχνότητα, τοπλάτοςήτηφάσηενός σήµατος, µπορούµε ναµεταφέρουµε πληροφορία. Μορφές Σήµατος

3 Χαρακτηριστικά των Μέσων Μετάδοσης Εύρος Ζώνης Κάθε πληροφορία, προκειµένου να µεταδοθεί από την πηγή στον προορισµό της, πρέπει να χρησιµοποιήσει ένα ελαστικό µέσο, το µέσο µετάδοσης. Κάθε πηγή εκπέµπει σε ορισµένες συχνότητες, οι οποίες καθορίζουν τη ζώνη εκποµπής (spectrum): η µέγιστη και ελάχιστη συχνότητα που µπορεί να εκπέµψει). Οµοίως κάθε µέσο µετάδοσης είναι σχεδιασµένο για ένα συγκεκριµένο εύρος συχνοτήτων που µπορεί να υποστηρίξει (στο οποίο το σήµα µεταδίδεται ικανοποιητικά) Εύρος Ζώνης Παράδειγµα 1: Tα τηλεφωνικά καλώδια χαλκού υποστηρίζουν συχνότητες από 300 ως Hz, δηλαδή έχουν εύρος ζώνης 3 ΚHz Το Εύρος Ζώνης σχετίζεται άµεσα µε την«ποσότητα» πληροφορίας που µπορεί να µεταφέρει ένα ηλεκτροµαγνητικό κύµα που διατρέχει το µέσο. Χαρακτηριστικά των Μέσων Μετάδοσης Εύρος Ζώνης (Bandwidth) Παράδειγµα: Στο ράδιο η µετάδοση στα FM γίνεται στο spectrum των MHz. To εύρος ζώνης είναι =20 MHz. Στις ψηλές συχνότητες, είναι δυνατή η κωδικοποίηση 8 bit ανά Hertz. Θεωρητικά δηλαδή, για εύρος ζώνης 30ΤΗz θα µπορούσαµε να έχουµερυθµό µετάδοσης 240Τbps. Υψηλότερες µπάντες: Περισσότερη ενέργεια, µικρότερη κάλυψη. Χαµηλότερες µπάντες: Μεγαλύτερη κάλυψη, λιγότερη ενέργεια Σε πολλά µέσα µετάδοσης υπάρχει η δυνατότητα το εύρος ζώνης να επιµεριστεί σε ζώνες συχνοτήτων µικρότερου εύρους, που ονοµάζονται λογικά κανάλια. Η τεχνική λέγεται πολυπλεξία. Έχετε ακούσει τον όρο «Ευρυζωνική (Broadband) Σύνδεση»;

4 Χαρακτηριστικά των Μέσων Μετάδοσης Χωρητικότητα (Capacity) 1/2 Η χωρητικότητα εκφράζει το µέγιστο ρυθµό µε τον οποίο µπορούµε ναστείλουµε ήναπάρουµε πληροφορία, χωρίς σφάλµατα. Η χωρητικότητα έχει άµεση σχέση µε τοεύροςζώνηςτου µέσου µετάδοσης. Στα συστήµατα επικοινωνίας δεδοµένων, η χωρητικότητα µετριέται σε δυαδικά ψηφία ανά δευτερόλεπτο (bps: bits per second) Χαρακτηριστικά των Μέσων Μετάδοσης Χωρητικότητα (Capacity) 2/2 Tbps Gbps Mbps Kbps Tera Giga Mega Kilo Milli Micro Nano Pico bps 10 9 bps 10 6 bps 10 3 bps 10-3 bps 10-6 bps 10-9 bps bps

5 ΕνσύρµαταΜέσαΜετάδοσης Τα ενσύρµατα µέσα µετάδοσης διακρίνονται σε: Συνεστραµµένα Ζεύγη καλωδίων (TP Twisted Pair) Αθωράκιστο Καλώδιο Συνεστραµµένου Ζεύγους (Unshielded TP) Θωρακισµένο Καλώδιο Συνεστραµµένου Ζεύγους (Unshielded TP) Οµοαξονικά Καλώδια Οπτικές Ίνες Αθωράκιστα Καλώδια Συνεστραµµένου Ζεύγους

6 ΕνσύρµαταΜέσαΜετάδοσης Συνεστραµµένα Ζεύγη Καλωδίων Συνεστραµµένα ζεύγη Το «πλέξιµο» των καλωδίων συνεπάγεται µεγαλύτερη αντοχή σε παρεµβολές (εσωτερικές / εξωτερικές), άρα αύξηση ρυθµών µετάδοσης Κλασσικό παράδειγµα: Το τηλεφωνικό καλώδιο. Ένα αθωράκιστο καλώδιο UTP αποτελείται από ένα ή περισσότερα τέτοια ζεύγη, τα οποία περιβάλλονται από πλαστικό µονωτικό υλικό. Τα καλώδια UTP χωρίζονται σε κατηγορίες (Cat1-Cat6), ανάλογα µε το πόσο «πυκνό» είναι το πλέξιµο των καλωδίων. Οπλέονδηµοφιλής τύπος συνεστραµµένου καλωδίου Σε ένα θωρακισµένο καλώδιο STP, κάθε ζεύγος προστατεύεται από ένα µεταλλικό περίβληµα, για επιπλέον προστασία από θόρυβο ή παρεµβολές. Αθωράκιστα Καλώδια Συνεστραµµένου Ζεύγους Η ΕΙΑ/ΤΙΑ έχει ορίσει τις κατάλληλες τυποποιήσεις για καλώδια UTP Category 1 - Το παραδοσιακό τηλεφωνικό καλώδιο- κατάλληλο για φωνή αλλά όχι για δεδοµένα. Category 2 - Καλώδιο τεσσάρων ζευγών, κατάλληλο για µετάδοση δεδοµένων έως 4 Mbps. Category 3 - Καλώδιο τεσσάρων ζευγών, κατάλληλο για µετάδοση δεδοµένων έως 10 Mbps σε ίκτυα Ethernet Category 4 - Καλώδιο τεσσάρων ζευγών, κατάλληλο για µετάδοση δεδοµένων έως 16 Mbps σε ίκτυα Token Ring. Category 5 - Καλώδιο τεσσάρων ζευγών, για µετάδοση δεδοµένων έως 100 Mbps σε ίκτυα Ethernet. Category 6,7 Καλώδια UTP για µεταδόσεις της τάξης του 1 Gbps.

7 Καλώδια Cat 3 και Cat 5 Category 3 UTP Category 5 UTP Θωρακισµένα Καλώδια Συνεστραµµένου Ζεύγους

8 Οµοαξονικό Καλώδιο (Coaxial Cable) Το οµοαξονικό καλώδιο παρέχει καλύτερη θωράκιση από τα συνεστραµµένα καλώδια (=προστασία από παρεµβολές / θορύβους), ως εκ τούτου παρέχει δυνατότητα κάλυψης µεγαλύτερων αποστάσεων. Μπορεί να υποστηρίξει ρυθµούς µετάδοσης ίσους ή και µεγαλύτερους από τα καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους Εύρος έως 1 Ghz Υψηλότερο κόστος από τα καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους. ιακρίνονται σε καλώδια βασικής και ευρείας ζώνης Έχετε ακούσει για το «Καλωδιακό Internet» (Cable Internet); Καλωδιακό Internet (USA)

9 Οµοαξονικό Καλώδιο (Coaxial Cable) Οπτικές Ίνες (Fiber Optic) (ρυθµός µετάδοσης σταόριατουµέσου- 50Tbps Σε ένα καλώδιο Οπτικών Ινών, η µεταφορά των πληροφοριών γίνεται µε παλµούς φωτός, όχι µε ηλεκτρικά σήµατα. Κάθε παλµός φωτός αντιπροσωπεύει το δυαδικό ψηφίο 1, ενώ η απουσία παλµού το δυαδικό ψηφίο 0. Ένα σύστηµα µετάδοσης αποτελείται από την πηγή, την οπτική ίνα και τους οπτικο-ηλεκτρονικούς συζευκτές. Πηγή Ηλεκτρικό σήµα Συζεύκτης φως Οπτική Ίνα Συζεύκτης Ηλεκτρικό σήµα έκτης Το φως µεταδίδεται πάντα προς µια κατεύθυνση στην ίνα. Γιαναεξασφαλιστείηµετάδοση και από τα δύο άκρα, ένα οπτικό καλώδιο αποτελείται από περισσότερες από µία οπτικές ίνες.

10 Οπτική Ίνα (Fiber Optic) Σχηµ. Αναπαράσταση Μετάδοση του φωτός µέσα σε µια Οπτική Ίνα (πολύτροπη) Ο µέγιστος (εν δυνάµει) ρυθµός µετάδοσης που µπορεί να επιτευχθεί µε την τρέχουσα τεχνολογία οπτικών ινών είναι 50Τbps (Tera bit per sec) O λόγος που τα σηµερινάόριαείναιακόµα στα50 Gbps, ηαδυναµία µας να µετατρέπουµε τόσο γρήγορα το ηλεκτρικό σήµα σεοπτικό Φάσµα Συχνοτήτων και το Ορατό φως

11 Αξιολόγηση των Ενσύρµατων Μέσων Μετάδοσης Chronological list of events of wireless systems 1860s J.C. Maxwell postulates electromagnetic waves 1880s H.R. Hertz provides proof of electromagnetic waves 1895 G. Marconi demonstrates wireless communication and applies for patent 1913 Establishment of marine radio telegraphy 1921 Detroit police conducts field trials with mobile radio 1946 Bell Lab. deploys first commercial mobile radio telephone system 1950 Microwave links are developed 1980s Wide deployment of analog cellular systems 1992 Introduction of 2nd generation digital cellular systems 1993 Introduction of multiservices capabilities in the 2nd generation systems 2000 Third generation cellular systems with multimedia capabilities are introduced 2003 Start of commercial deployment of 3rd generation systems Source: B. Furht, Handbook of Internet and Multimedia Systems and Applications. IEEE Press,

12 Ασύρµατα ίκτυα Πλεονεκτήµατα / Μειονεκτήµατα Ευελιξία στην εγκατάσταση, στη συντήρηση και στη χρήση Απαλλαγή από καλωδίωση Μειωµένο κόστος Π.χ. δηµιουργία δικτύου σε κτίριο µε «παλιά» καλωδίωση Ιδανικά για µικροµεσαίες επιχειρήσεις Επεκτασιµότητα, plug and play Χαµηλότεροι µέγιστοι ρυθµοί µετάδοσης (εύρος bandwidth) Υψηλότεροι Ρυθµοί Σφαλµάτων

13 Ασύρµατες Μεταδόσεις (Wireless Transmissions) Στις ασύρµατες µεταδόσεις, το µέσο µετάδοσης των ηλεκτρο- µαγνητικών κυµάτων είναι η γήινη ατµόσφαιρα ή το ιάστηµα. Οι ασύρµατες µεταδόσεις µε οπτικήεπαφήστηρίζονται σε υπέρυθρες ακτίνες, laser και σε ορισµ. περιοχές του φάσµατος µικροκύµατων. Οι ασύρµατες µεταδόσεις χωρίς οπτική επαφή βασίζονται κυρίως στα ραδιοκύµατα, καθώς και σε ορισµ. περιοχές του φάσµατος µικροκύµατων. Τα ραδιοκύµατα και τα µικροκύµατα (σε ορισµένες συχνότητες) µπορούν να διαπερνούν ηµιδιαφανή ήαδιαφανήαντικείµενα.

14 Ασύρµατες Μεταδόσεις- Ραδιοκύµατα Ευρύτατες εφαρµογές, στην ασύρµατη σταθερή και κινητή τηλεφωνία, ραδιοεπικοινωνία, ραδιοφωνία, τηλεοπτ. µεταδόσεις Τα ραδιοκύµατα έχουν χαµηλότερες συχνότητες από τα µικροκύµατα, διανύουν εκατοντάδες χλµ, αλλά είναι αρκετά ευαίσθητα σε παρεµβολές ή / και καιρικά φαινόµενα. Επειδή τα ραδιοκύµατα διανύουν µεγάλες αποστάσεις, και για να αποφεύγονται οι αλληλοεπικαλύψεις, τα κράτη εκχωρούν ειδικές άδειες για κάθε µπάντα (µε κάποιες εξαιρέσεις). Ανάλογα µε τοµήκος κύµατος, διαιρούνται σε ζώνες όπως υπερ-µακρά (VLF), Μακρά (LF), Μεσαία (MF), Βραχέα (HF), Υπερ-Βραχέα (VHF) Ασύρµατες Μεταδόσεις Μικροκύµατα Πάνω από 100 MHz, τα ραδιοκύµατα έχουν την τάση να ταξιδεύουν σε ευθεία δέσµη (Μεγαλύτερη αντοχή σε θορύβους) Στις περισσότερες των περιπτώσεων, τα µικροκύµατα απαιτούν οπτική επαφή (π.χ. κεραίες σε πύργους, κορυφές βουνών κ.λ.π) κατευθυνόµενη µετάδοση. Ευρύτατες εφαρµογές στη µεταβίβαση τηλεοπτικών προγραµµάτων, και σε δορυφορικές συνδέσεις, ανίχνευση radar,.. Υψηλές συχνότητες (σε σχέση µε τααπλάραδιοκύµατα, καλύπτουν το φάσµα από100 MHz ως 30 GHz. Σε περιπτώσεις κακών καιρικών συνθηκών η µετάδοση καθίσταται προβληµατική. Οι κύριες κατηγορίες είναι: UHF Ultra High Frequency, SHF Super High Frequency, και EHF (Extremely High Frequency).

15 Ασύρµατες Μεταδόσεις: Υπέρυθρα - Lazer Οι υπέρυθρες ακτίνες και τα lazer έχουν εφαρµογή σε περιπτώσεις όπου τα ενσύρµατα ή άλλα ασύρµατα µέσα είναι ανεπιθύµητα (υψηλό κόστος, αδυναµία εγκατάστασης). Παράδειγµα: Συνδέσεις, σηµείο προς σηµείο, των κτιρίων ενός βιοµηχανικού, εµπορικού ή εκπαιδευτικού συµπλέγµατος κάποιας περιοχής ή ενός οικοδοµικού τετραγώνου. Η επικοινωνία µε lazer ή υπέρυθρες προυποθέτει οπτική επαφή και παρέχει υψηλή χωρητικότητα σε χαµηλό κόστος. Ωστόσο, καιρικοί παράγοντες (π.χ. υψηλή θερµοκρασία) µπορεί να επιφέρουν προβλήµατα (π.χ αλλαγή κατεύθυνσης δέσµης) ορυφορικές Συνδέσεις Τα δορυφορικά συστήµατα αποτελούνται από τους επικοινωνιακούς δορυφόρους και τους αντίστοιχους σταθµούς εδάφους Ο δορυφόρος πρέπει να βρίσκεται πάντα σε οπτική επαφή µε ένανσταθµό εδάφους, ώστε να υπάρχει αδιάλειπτη επικοινωνία Ένας δορυφόρος µπορεί να θεωρηθεί σαν µια γιγάντια Kεραία ή/και Eπαναλήπτης-repeater που λαµβάνει και στέλνει (σε διαφορετική συχνότητα από αυτήν που λαµβάνει) σήµατα µικροκυµάτων (UHF, SHF) στους/από τους σταθµούς εδάφους. Ρυθµοί µετάδοσης έως 50Mbps.

16 Κατηγοριοποίηση ορυφόρων ορυφορικές Συνδέσεις Γεωστατικοί ορυφόροι Km

17 Σύγκριση Ενσύρµατων και Ασύρµατων µέσων (* = υπέρ ενσύρµατων, - = υπέρ ασύρµατων) Υψηλότεροι ρυθµοί µετάδοσης (οπτική ίνα, χαλκός Cat 5,6,7) Λιγότερα σφάλµατα από παρεµβολές / θορύβους (STP, Ίνες) εν επηρεάζονται από καιρικούς / ατµοσφαιρικούς παράγοντες Χαµηλότερο κόστος προµήθειας και εγκατάστασης. Απροβληµάτιστη µεταφορά για µεγάλες αποστάσεις χωρίς την ανάγκη χρήσης αναµεταδοτών. Σύγκριση ορυφορικών - Επίγειων Συνδέσεων (* = υπέρ Επίγειων, - = υπέρ δορυφορικών) Υψηλότεροι ρυθµοί µετάδοσης (οπτική ίνα, χαλκός Cat 5,6,7) Μικρές καθυστερήσεις στην µετάδοση (σε αντίθεση µε δορυφορικές επικοινωνίες, όπου παρατηρούνται καθυστερήσεις της τάξεως των msec). Το κόστος µετάδοσης είναι ανεξάρτητο από την απόσταση ή/και τον αριθµότωνσταθµών λήψης του µηνύµατος. Υψηλές ταχύτητες σύνδεσης στο Internet για µεµονωµένους χρήστες (όπου, η χρήση οπτικών ινών θα ήταν ασύµφορη), µε σχετικά µικρό κόστος εγκατάστασης.

18 Ταξινόµηση Ασύρµατων ικτύων (βάσει εµβέλειας) WWAN GSM/ GPRS WMAN IEEE WLAN IEEE (Wi- Fi) WPAN Bluetooth WAN WAN-MAN MAN PAN MAN-LAN LAN-PAN Pico-Cell Personal Operating Space ~50km ~2km 0km ~10m Courtesy of IEEE , Jan Design and Implementation-KMITNBJan2004.ppt