Μάθηµα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες Ενότητα 1η Το περιβάλλον των Τηλεπικοινωνιών Βασικές έννοιες - Μάθηµα 1ο ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τοµέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήµατος Τµήµα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών
Περιεχόµενα Ενότητας Τηλεπικοινωνίες και επικοινωνίες δεδοµένων - Συστήµατα ίκτυα τηλεπικοινωνιών Εξέλιξη Τηλεπικοινωνιών. Οικονοµικές προεκτάσεις Ελληνική πραγµατικότητα Φορείς Τυποποίησης Τηλεπικοινωνιακό Μοντέλο Πληροφορία Κωδικοποίηση Κανάλι Χωρητικότητα καναλιού-εύρος ζώνης Θόρυβος Ψηφιακό-αναλογικό σήµα Αναλογική, ψηφιακή και οπτική µετάδοση δεδοµένων 2
What hath God Wrought? Ιστορική αναδροµή Morse: Graham Bell: Τα πρώτα δίκτυα Τηλέγραφος Τηλεφωνία 3
Εξέλιξη Τηλεπικοινωνιών. 4
Τηλεπικοινωνίες και επικοινωνίες δεδοµένων Ορισµός Τηλεπικοινωνίας + Επικοινωνίας Τηλεφωνία Σταθερή, Κινητή, Fax Telex Ραδιοφωνία Τηλεόραση... Επικοινωνίες εδοµένων (µετά το 1950) ΗΥ ανεξαρτήτου απόστασης 5
Τεχνολογία τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων Μέσο µετάδοσης Τύπος µετάδοσης (broadcast, switched, networked) Τοπολογία δικτύου ( ακτύλιος, Αρτηρία, Αστέρας) Μέθοδος αποκατάστασης σύνδεσης (circuit switched, packet switched) Μέθοδοι Πολυπλεξίας ((Time, wavelength) 6
Τύπος µετάδοσης Broadcast: Point-tomultipoint. Όλοι λαµβάνουν το ίδιο σήµα. [Cable TV] Switched: Η ζεύξη αποκαθίσταται µόνο µεταξύ δυο σηµείων. [Analog Telephone] Networked: ιευθυνσιοδοτηµένα δεδοµένα στέλνονται από σηµείο σε σηµείο µέσω ενός πολύπλοκου δικτύου κόµβων (Internet) 7
Απαιτήσεις Μετάδοσης 8
ίκτυα Τηλεπικοινωνιών Ποια ανάγκη εκπληρούν? Voice networks Data networks Μετάδοση, Μεταγωγή Ενοποίηση ικτύων Σύγκλιση Φορείς τυποποίησης 9
Τοπολογίες δικτύων Τοπολογία αστέρα Τοπολογία δακτυλίου Τοπολογία Αρτηρίας Τοπολογία Mesh 10
Μέθοδοι αποκατάστασης σύνδεσης Μεταγωγή κυκλώµατος (circuit switching) Χρήση µεταγωγών για την αποκατάσταση της ζεύξης µεταξύ δυο σηµείων Η ζεύξη είναι ενεργή όσο διαρκεί η επικοινωνία Συνδέσεις µεγάλης διάρκειας Μεταγωγή πακέτων (packet switching) Κατακερµατισµός της πληροφορίας σε διευθυνσιοδοτηµένα πακέτα Ανακατασκεύη πακέτου στον προορισµό (email, TCP/IP) Μη αξιόπιστη µετάδοση Απαιτεί γρήγορη δροµολόγηση (routing) 11
Τι είναι πακέτο πληροφορίας; Κωδικοποίηση δεδοµένων (Πηγής) 12
Πολυπλεξία Οι End users δικτύου έχουν χαµηλούς ρυθµούς µετάδοσης. Πως θα αυξηθεί ο ρυθµός µετάδοσης στο δίκτυο; TDM (Πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου) FDM (Πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας) 13
Φορείς Τυποποίησης ITU (International Telecommunication Union) CCITT (Consultative Committee on International Telephone and Telegraph) Group II (telephone operation and quality of service) End to End Services Interfaces CCIR (Consultative Committee on International Radio) ISO (International Standardization Organization) ANSI (American National Standards Institute) ECSA (Exchange Carriers Standards Association) EIA (Electronics Industries Association) IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) IEC (International Electrotechnical Commission CBEMA (Computer and Business Manufacturers Association NIST (National Institute of Standards and Technology) 14
Παράδειγµα: ΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΙΚΟ ΙΚΤΥΟ 15
Φορείς Τυποποίησης -Europe European Standards Setting Bodies CEPT (Conference Europeen des Administration des Postes et des Telecomunications ETSI (European Telecommunication Standards Institute) CEN and CENELEC ECMA (European Computer Manufactures Association Other Bell Comm Research, Inc. Belcore US Government Activities COS (Cooperation for Open Systems) Internet Activities Board 16
Βασικές έννοιες ικτύων εδοµένων Wide Area Network (WAN) Εθνικό ή ιεθνές επίπεδο Μέσω παρόχων Metropolitan Area network (MAN) Επίπεδο πόλης/περιοχής Τοπικό φορέα/πάροχο Local Area Network (LAN) Ιδιωτικό Dial-Up Network Σύνδεση υπολογιστή µέσω modem και τηλεφωνικής γραµµής σε ένα άλλο δίκτυο δεδοµένων 17
3Com CPE Local Loop Switching Systems Interoffice Trunks Switching Systems Local Loop CPE Telephone Carrier System Subscriber Loop Plant Local Central Office Toll Connecting Trunks Inter Exchange Satellite Systems Microwave Systems Toll Switching Inter Exchange Local Switching Local Central Office Customer Premises Equipment PBX Local Switching Systems Interoffice Truncks Tandem Switch Coaxial System Tandem Switch Modem Modem Pool Fax Local Central Office Fiber Optic Carrier System Modem Modem Dedicated (Private) Line Τηλεπικοινωνιακό ίκτυο Multiplexer Computer Multiplexer Modem or Channel Service Unit 18 Computer Computer Local Area Network Modem Gateway
ιδακτικές Ενότητες Το περιβάλλον των Τηλεπικοινωνιών Βασικές έννοιες Κωδικοποίηση Πηγής Καναλιου Μετάδοση εδοµένων Ασύρµατα συστήµατα Τηλεπικοινωνιών Οπτικά συστήµατα Τηλεπικοινωνιών ίκτυα Τηλεπικοινωνιών ίκτυα Πρόσβασης 19
Ελληνική πραγµατικότητα Ε.Ε.Τ.Τ. (Εθνική Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών & Ταχυδροµείων) Πλήρης Απελευθέρωση το 2001 Σταθερή Ασύρµατη Πρόσβαση 2000 Κινητή τηλεφωνία 1993 (Cosmote 1998, Q 2001) 20
Εξέλιξη Τηλεπικοινωνιών. Οικονοµικές προεκτάσεις Ελληνική πραγµατικότητα Τηλεπικοινωνιακές Εταιρίες Σταθερής Πρόσβασης (ΟΤΕ, Tellas, Telepassport, Vivodi, Lannet, Forthnet, ACN, Q-Telecom, Teledome, Starcom, Cosmoline, Algonet, Intraconnect, Vodafone, Mondialine) Κινητής Πρόσβασης (Cosmote, Vodafone, Telestet, Q- Telecom) Internet (FORTHnet, OTEnet, Hellas On Line, CAN, Internet Hellas, Teledome, Panafonet, Sparknet) 21
Τηλεπικοινωνιακό Μοντέλο Πληροφορία Κανάλι, Κωδικοποίηση Χωρητικότητα καναλιού-εύρος ζώνης Θόρυβος 22
Τηλεπικοινωνιακό Μοντέλο - Πληροφορία Πληροφορία -Data 23
Ψηφιακό-αναλογικό σήµα Αναλογικό Συνεχές σήµα (παραδοσιακή τηλεόραση, µετάδοση φωνής- τηλεφωνία, ραδιόφωνο, 1η γενιά κινητής (806-890MHz)) Ψηφιακό Κβαντισµένο σήµα. ιακριτές τιµές Αναλογικό ψηφιακό σήµα: Ρυθµός Νyquist Ηλεκτρική µετάδοση (f c <30GHz) Οπτική µετάδοση 24
Ψηφιακό-αναλογικό σήµα 25
Aναλογικό σήµα 26
Ψηφιακό σήµα 27
Τηλεπικοινωνιακό Μοντέλο Χωρητικότητα καναλιού-εύρος ζώνης P C = W log2 (1 + ) bits / s WN 0 28
Τηλεπικοινωνιακό Μοντέλο - Χωρητικότητα 29
Εξέλιξη χωρητικότητας Transmission capacity (bits/second) 1.0E+14 DWDM 1.0E+12 SONET OC-48 1.0E+10 T-4 carrier 1.0E+08 T-1 carrier 1.0E+06 1.0E+04 Baudot multiplex 1.0E+02 Printing telegraph 1.0E+00 1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000 30 Figure 1.9
Εξέλιξη ρυθµοδότησης Fibre Channel @2.5 Gbps Fast GigaBit Ethernet Ethernet @100 Mbps @1.25 Gbps 1994 1996 1998 2000 2002 SCSI/ USB/ PCI@ 66 Mbps IEEE1394 FireWire@ 400 Mbps IEEE1394 FireWire@ 1.6 Gbps IEEE1394 FireWire@ 3.2 Gbps 31
Τάσεις ζήτησης Εύρους ζώνης Relative Load 50 Total: 35%/year 40 30 20 10 Voice: 10%/year Source: 1990 1995 2010 Year 2005 2000 32
Περιοχές Συχνοτήτων 33
Οπτική Μετάδοση-Τεχνολογία Στα οπτικά συστήµατα χρησιµοποιείται «φως» (infrared) σαν µέσο µεταφοράς πληροφορίας. Το φως συχνά καθοδηγείται µέσω οπτικών ινών (fiberoptic technology) (HP) 34
Γιατί? Cost-effective για µεταφορά µεγάλου όγκου πληροφορίας (voice, data) σε υψηλούς ρυθµούς Αναισθησία σε ηλεκτρικές παρεµβολές. Μικρότερο βάρος και χώρο (HP) 35
Εφαρµογές (1) Telephone networks Long distance telecommunication up to 600 km repeater spans, up to 9000 km total link length Access network (1 km - 20 km) Κόστος, ανταγωνισµός (MAN, FTTC, FTTH) 36
Εφαρµογές (2) Data communication (1 m - 500 m) Χαµηλός κόστος LAN, backbone, FDDI, Gigabit- Ethernet, Fibre Channel Cable TV (διανοµή σε αστικές περιοχές) Αναλογικό δίκτυο 37
Τυποποιηµένοι ρυθµοί Μετάδοσης 38