Nέες κατευθύνσεις δικτύων και υπηρεσιών Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ- µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠΛHPOΦOPIKH Θεµατική Ενότητα ΣYΓXPONA IKTYA KAI YΠHPEΣIEΣ Τόµος B' Nέες κατευθύνσεις δικτύων και υπηρεσιών KΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΠΑΠΑΝ ΡΕΟΥ ρ Τηλεπληροφορικής Πανεπιστηµίου Μονάχου, ιευθυντής Eκπαιδευτικού & Eρευνητικού Kέντρου OTE, Πανεπιστήµιο Πειραιώς ΠATPA 2002
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠΛHPOΦOPIKH Θεµατική Ενότητα ΣYΓXPONA IKTYA KAI YΠHPEΣIEΣ Τόµος B' NEEΣ KATEYΘYNΣEIΣ IKTYΩN KAI YΠHPEΣIΩN Συγγραφή KΩNΣTANTINOΣ ΠAΠAN PEOY ρ Tηλεπληροφορικής Πανεπιστηµίου Mονάχου ιευθυντής Eκπαιδευτικού & Eρευνητικού Kέντρου OTE Πανεπιστήµιο Πειραιώς Kριτική Aνάγνωση MAPIOΣ MAYPONIKOΛAΣ Aναπληρωτής Kαθηγητής Tµήµατος Πληροφορικής Πανεπιστηµίου Kύπρου Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου ΠΑΥΛΟΣ ΣΠΥΡΑΚΗΣ Kαθηγητής Tµήµατος Mηχανικών H/Y & Πληροφορικής Πανεπιστηµίου Πατρών Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση ANAΣTAΣIOΣ TPIANTHΣ Γλωσσική Επιµέλεια KΩNΣTANTINOΣ KΛAMΠANIΣTHΣ Τεχνική Επιµέλεια TYPORAMA Καλλιτεχνική Επιµέλεια Σελιδοποίηση TYPORAMA Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων ΟΜΑ Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / 1997 2002 ISBN: 960 538 339 x Kωδικός Έκδοσης: ΠΛH 36/2 Copyright 2002 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, 26222 Πάτρα Τηλ: (2610) 314094, 314206 Φαξ: (2610) 317244 Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.
ÂÚÈ fiìâó Πρόλογος... 11 K º π 1 TÔ appleâúè ÏÏÔÓ ÙË Ó appleù ÍË ÈÎÙ ˆÓ Î È appleëúâûèòó Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 13 1.1 Οι Aνάγκες... 15 1.1.1 Κοινωνία των πληροφοριών... 15 1.1.2 Τηλεπικοινωνίες και ανάπτυξη... 17 1.1.3 Ανάγκες ίκτυα Υπηρεσίες Εφαρµογές... 18 1.2 Πρότυπα... 23 1.2.1 Η ανάπτυξη των προτύπων... 24 1.2.2 Οργανισµοί προτυποποίησης... 25 1.3 Θεσµικό Οργανωτικό Πλαίσιο... 32 1.3.1 Η εξέλιξη του θεσµικού πλαισίου... 33 1.3.2 Ανταγωνισµός και θεσµικό πλαίσιο... 33 1.3.3 Η Ευρωπαϊκή Ένωση και το νέο ρυθµιστικό πλαίσιο... 35 1.3.4 Οι τηλεπικοινωνιακοί οργανισµοί και το νέο ρυθµιστικό πλαίσιο... 36 1.4 Αποδοχή... 37 Σύνοψη... 39 Bιβλιογραφία... 41 K º π 2 ºˆÙÔÓÈÎ ÎÙ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 43 2.1 Σύστηµα Oπτικής Ίνας... 46 2.1.1 Βασικές έννοιες Φωτονικής... 46
6 NEE KATEY YN EI IKTYøN KAI Y HPE IøN 2.1.2 Βασική δοµή ενός συστήµατος οπτικής ίνας... 49 2.1.2.1 Ποµπός... 50 2.1.2.2 έκτης... 51 2.1.2.3 Οπτικές ίνες... 51 2.1.3 Λειτουργικά χαρακτηριστικά οπτικών ινών... 53 2.1.3.1 Περιοχή λειτουργίας οπτικής ίνας Απώλειες... 53 2.1.3.2 Αντιµετώπιση απωλειών / Ενίσχυση Αναγέννηση... 55 2.1.3.3 Εύρος φάσµατος οπτικής ίνας... 56 2.1.3.4 Άλλα χαρακτηριστικά Πλεονεκτήµατα οπτικών ινών... 57 2.2 Νέες Τεχνολογικές Εξελίξεις και Προοπτικές της Φωτονικής... 59 2.2.1 Οπτικός ενισχυτής EDFA... 59 2.2.2 Πολυπλεξία επιµερισµού µήκους κύµατος WDM... 61 2.2.3 Σολιτόνια... 64 2.3 Φωτονικές Λειτουργίες, ιατάξεις και ίκτυα... 66 2.3.1 Φωτονικές λειτουργίες... 66 2.3.1.1 Οπτική κατανοµή ιασύνδεση ροµολόγηση... 67 2.3.1.2 Οπτική πολυπλεξία προσθαφαίρεσης... 69 2.3.2 Σύγχρονες φωτονικές διατάξεις... 70 2.3.2.1 Οπτικοί συζεύκτες... 70 2.3.2.2 Οπτικός πολυπλέκτης προσθαφαίρεσης τεχνολογίας Πλέγµατος Bragg... 72 2.3.2.3 Πολυστρωµατικά φίλτρα παρεµβολής Αποπολυπλεξία... 73 2.3.3 Φωτονικά δίκτυα... 74 2.3.3.1 Συστήµατα σηµείου προς σηµείο... 75 2.3.3.2 Συστήµατα εκποµπής και επιλογής... 76 2.3.3.3 ίκτυα δροµολόγησης µήκους κύµατος... 78 2.3.4 Η πορεία προς τα αµιγώς οπτικά δίκτυα... 80 Σύνοψη... 82 Bιβλιογραφία... 83
EPEXOMENA 7 K º π 3 KÈÓËÙ ÂappleÈÎÔÈÓˆÓ Â Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 85 3.1 Βασικές Έννοιες Κινητών Επικοινωνιών Κυψελοειδών ικτύων... 88 3.1.1 Φάσµα ραδιοσυχνοτήτων ιαµόρφωση... 89 3.1.2 Κυψελοειδή δίκτυα Βασικές αρχές... 91 3.1.2.1 Η έννοια της κυψέλης... 93 3.1.2.2 Επαναχρησιµοποίηση Συχνοτήτων... 94 3.1.2.3 ιάσπαση κυψέλης... 96 3.1.2.4 Μεταποµπή... 97 3.2 Πανευρωπαϊκό Σύστηµα Kινητών Eπικοινωνιών GSM... 99 3.2.1 Στόχοι του GSM... 99 3.2.2 οµή του συστήµατος GSM... 100 3.2.3 ιεπαφές και χωρητικότητα... 103 3.2.4 Μετεξέλιξη του συστήµατος GSM... 105 3.3 Ασυρµατικά Συστήµατα Tηλεπικοινωνιών... 106 3.3.1 CT2... 108 3.3.2 DECT / PWT... 108 3.4 ορυφορικές Κινητές Επικοινωνίες... 110 3.4.1 Εισαγωγικές έννοιες Βασικά χαρακτηριστικά επικοινωνιακών δορυφόρων... 110 3.4.2 Κατηγορίες και χαρακτηριστικά επικοινωνιακών δορυφόρων... 112 3.4.2.1 Τροχιές επικοινωνιακών δορυφόρων... 112 3.4.2.2 Χαρακτηριστικά συστηµάτων χαµηλής και µεσαίας τροχιάς... 115 3.4.3 Συστήµατα κινητών δορυφορικών επικοινωνιών... 118 3.4.3.1 Συστήµατα γεωστατικής τροχιάς GEO INMARSAΤ... 118 3.4.3.2 Συστήµατα χαµηλής τροχιάς LEO... 119
8 NEE KATEY YN EI IKTYøN KAI Y HPE IøN 3.5 Το Mέλλον των Kινητών Eπικοινωνιών... 122 3.5.1 Βασικά χαρακτηριστικά προσωπικών κινητών επικοινωνιών... 123 3.5.2 ίκτυα και υπηρεσίες προσωπικών επικοινωνιών... 125 3.5.3 Παγκόσµιες προσωπικές τηλεπικοινωνίες... 128 3.5.4 Κινητές επικοινωνίες τρίτης γενιάς... 128 3.5.4.1 Αύξηση δυνατοτήτων των συστηµάτων δεύτερης γενιάς... 129 3.5.4.2 Συστήµατα τρίτης γενιάς UMTS / IMT2000... 130 Σύνοψη... 134 Bιβλιογραφία... 137 K º π 4 ÎÙ TÂ ÓÔÏÔÁ Â appleúfiû ÛË Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά, Eισαγωγικές παρατηρήσεις... 139 4.1 Συµβατικά ίκτυα Πρόσβασης Tηλεφωνίας, Kαλωδιακής Tηλεόρασης... 143 4.1.1 Τηλεφωνικό δίκτυο πρόσβασης... 144 4.1.1.1 οµή και λειτουργία του τηλεφωνικού δικτύου πρόσβασης... 144 4.1.1.2 υνατότητες και περιορισµοί του τηλεφωνικού δικτύου πρόσβασης... 146 4.1.2 Καλωδιακή τηλεόραση... 147 4.1.2.1 οµή και λειτουργία του δικτύου πρόσβασης καλωδιακής τηλεόρασης... 148 4.1.2.2 υνατότητες και περιορισµοί του δικτύου πρόσβασης καλωδιακής τηλεόρασης... 149 4.2. Νέες Tεχνολογίες και Tεχνικές Πρόσβασης Ταξινόµηση... 151 4.3 Τεχνολογίες ισύρµατων Γραµµών... 153 4.3.1 Μετάδοση δεδοµένων µέσω αναλογικών γραµµών... 153 4.3.2 Ψηφιακές συνδροµητικές γραµµές του ISDN και ψηφιακές συνδροµητικές γραµµές DSL... 155 4.3.3 Τεχνολογίες xdsl... 156
EPEXOMENA 9 4.3.3.1 Ασύµµετρη ψηφιακή συνδροµητική γραµµή ADSL και ADSL LiteG... 157 4.3.3.2 Ψηφιακή συνδροµητική γραµµή προσαρµοζόµενου ρυθµού RADSL... 159 4.3.3.3 Υψίρρυθµη ψηφιακή συνδροµητική γραµµή HDSL... 159 4.3.3.4 Μονόγραµµη ψηφιακή συνδροµητική γραµµή, SDSL... 160 4.3.3.5 Ψηφιακή συνδροµητική γραµµή πολύ υψηλού ρυθµού, VDSL... 160 4.3.3.6 Σύγκριση µεταξύ των διαφόρων τεχνολογιών πρόσβασης δισύρµατης γραµµής... 164 4.4 Υβριδικές Tεχνολογίες Οµοαξονικών Καλωδίων / Οπτικών Ινών... 167 4.4.1. Τεχνολογικές εξελίξεις στα υβριδικά δίκτυα... 168 4.4.1.1 οµή και δυνατότητες υβριδικών δικτύων πρόσβασης... 168 4.4.1.2 Εύρος φάσµατος στα δίκτυα HFC και κατανοµή του... 169 4.4.1.3 Μετάδοση δεδοµένων στο Σύστηµα HFC, καλωδιακός διαποδιαµορφωτής... 170 4.4.2 Αρχιτεκτονικές υβριδικών συστηµάτων... 171 4.4.2.1 Παραδοσιακά υβριδικά συστήµατα καλωδιακής τηλεόρασης... 171 4.4.2.2 Αµφίδροµα συστήµατα HFC... 172 4.5 Αµιγώς Oπτικά ίκτυα Πρόσβασης... 174 4.5.1 Τεχνολογία παθητικού οπτικού δικτύου, PON... 174 4.5.2 Τεχνολογίες πρόσβασης SDH / SONET... 175 4.6 Τεχνολογίες Aσύρµατης Πρόσβασης... 177 4.6.1 Ασυρµατικός τοπικός βρόχος... 179 4.6.1.1 Τεχνικοοικονοµικά χαρακτηριστικά, περιβάλλον εφαρµογών... 179 4.6.1.2 οµή και λειτουργία συστηµάτων WLL... 180 4.6.2 Κυψελοειδή δίκτυα κινητών υπηρεσιών... 181 4.6.3 Τεχνολογία πολυσηµειακών συστηµάτων διανοµής... 181
10 NEE KATEY YN EI IKTYøN KAI Y HPE IøN 4.6.3.1 Πολυκαναλική πολυσηµειακή υπηρεσία διανοµής, MMDS... 182 4.6.3.2 Τοπική πολυσηµειακή υπηρεσία διανοµής, LMDS... 183 4.6.4 Μελλοντικά ασυρµατικά συστήµατα πρόσβασης ευρείας ζώνης... 183 4.6.5 ορυφορικές τεχνολογίες πρόσβασης... 185 4.6.5.1 ορυφορικό δίκτυο πρόσβασης... 185 4.6.5.2 ορυφορικό δίκτυο τερµατικών πολύ µικρού ανοίγµατος (VSAT)... 186 4.7 Πρόσβαση µέσω των γραµµών του ηλεκτρικού δικτύου, CoPL... 187 Σύνοψη... 190 Bιβλιογραφία... 192 Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης... 195 Eνδεικτικές Aπαντήσεις ραστηριοτήτων... 207 Γλωσσάριο... 211 Συντοµογραφίες... 224
ÚfiÏÔÁÔ Στο βιβλίο αυτό εξετάζονται οι «Νέες Κατευθύνσεις ικτύων και Υπηρεσιών» στο πλαίσιο της θεµατικής ενότητας «Σύγχρονα ίκτυα και Yπηρεσίες» του προγράµµατος σπουδών «Πληροφορική» που προσφέρει το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήµιο. Οι νέες κατευθύνσεις δικτύων και υπηρεσιών καθορίζονται κυρίως από τις τεχνολογικές εξελίξεις και τις εξελίξεις του περιβάλλοντος στο οποίο θα εφαρµοστούν οι εξελίξεις αυτές. Οι τεχνολογικές εξελίξεις αφορούν τη ραγδαία ανάπτυξη των τοµέων της Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, καθώς και την ταχύτατη σύγκλιση των δύο αυτών τοµέων προς την κατεύθυνση δηµιουργίας νέων ολοκληρωµένων ψηφιακών δικτυακών συστηµάτων ικανών να υποστηρίξουν την παροχή µιας πληθώρας νέων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών και εξυπηρετήσεων για την κάλυψη των αναγκών των χρηστών. Το περιβάλλον εξάλλου µέσα στο οποίο διαµορφώνονται οι ανάγκες των χρηστών και η δηµιουργία των νέων δικτύων χαρακτηρίζεται από εξίσου ραγδαίες µεταβολές και διαφοροποιήσεις που καθορίζουν σε µεγάλο βαθµό, όχι µόνο τις ανάγκες των χρηστών, αλλά και τις δυνατότητες προσφοράς των νέων υπηρεσιών για την αποτελεσµατική κάλυψη των αναγκών αυτών. Το Κεφάλαιο 1 έχει ως σκοπό την κατανόηση των κυριότερων εκ των παραγόντων εκείνων που διαµορφώνουν το περιβάλλον µέσα στα πλαίσια του οποίου αναπτύσσονται τα νέα δίκτυα και οι υπηρεσίες που θα προσφέρονται στα δίκτυα αυτά. Οι παράγοντες αυτοί αναφέρονται στις ανάγκες των χρηστών όπως διαµορφώνονται στα πλαίσια της αναδυόµενης κοινωνίας των πληροφοριών, στο ρόλο των προτύπων και των οργανισµών προτυποποίησης, στο ταχύτατα µεταβαλλόµενο θεσµικό οργανωτικό πλαίσιο και τέλος στο ρόλο και τις ανάγκες του χρήστη ως τελικού αποδέκτη της νέας τεχνολογίας και των υπηρεσιών που προσφέρει αυτή για την ικανοποίηση των αναγκών του. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η φωτονική τεχνολογία που θεωρείται ως η κυριότερη εξέλιξη στον τοµέα των σταθερών δικτύων και η κατεύθυνση ανάπτυξής τους από τα σηµερινά ενσύρµατα δίκτυα µε τις περιορισµένες δυνατότητες µεταβίβασης πληροφοριών προς τα µελλοντικά δίκτυα οπτικών ινών στα οποία, τόσο η µετάδοση, όσο και η µεταγωγή θα διεξάγονται σε µεγάλο βαθµό µε τη βοήθεια της οπτικής. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται συστήµατα κινητών επικοινωνιών που απευθύνονται κυρίως στην ικανοποίηση των ταχύτατα αναπτυσσόµενων αναγκών κινητότητας των χρηστών αρχίζοντας από την κάλυψη των αναγκών τηλεφωνίας και προεκτεινόµενα προς την κατεύθυνση της διαµόρφωσης ενός παγκόσµιου συστήµατος
12 NEE KATEY YN EI IKTYøN KAI Y HPE IøN κινητών επικοινωνιών που θα προσφέρει πάσης φύσεως επικοινωνιακές υπηρεσίες εξασφαλίζοντας την ελευθερία κινήσεων του χρήστη σε παγκόσµια κλίµακα. Τέλος, στο Κεφάλαιο 4 εξετάζονται οι κατευθύνσεις εξέλιξης των δικτύων πρόσβασης που εξασφαλίζουν τη σύνδεση και πρόσβαση του τελικού χρήστη µε τα διάφορα υπάρχοντα και µελλοντικά δίκτυα µε τα οποία ο χρήστης καλύπτει τις πάσης φύσεως επικοινωνιακές του ανάγκες. Το τελευταίο µίλι, όπως ονοµάζεται επίσης η πρόσβαση του χρήστη, αποτελεί και το πεδίο του πιο σκληρού ανταγωνισµού για την παροχή των πάσης φύσεως υπηρεσιών προς αυτόν και διαµορφώνεται σε µεγάλο βαθµό, όχι µόνο από την παρούσα κατάσταση των υπαρχόντων δικτύων, αλλά και από αυτήν που θα προκύψει σταδιακά µε τις εξελίξεις που σκιαγραφούνται στα προηγούµενα κεφάλαια. Το βιβλίο ολοκληρώνεται από ένα γλωσσάριο στο οποίο επεξηγούνται συνοπτικά ορισµένες σηµαντικές έννοιες και όροι και έναν πίνακα που περιέχει τις συντοµογραφίες του κειµένου. Για την ανάπτυξη της ύλης τέθηκε ως προϋπόθεση ότι ο χρήστης έχει µόνο στοιχειώδεις γνώσεις πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών και προτιµήθηκε η επεξήγηση ακόµη και βασικών όρων, ώστε ο αναγνώστης να µην είναι υποχρεωµένος να ανατρέχει διαρκώς σε άλλες πηγές για την κατανόησή τους. Ένα πρόβληµα που αντιµετωπίστηκε αποτελεί το γεγονός ότι στις περιοχές της αναπτυσσόµενης νέας τεχνολογίας η βιβλιογραφία είναι κυρίως ξενόγλωσση και οι ειδικοί χρησιµοποιούν στην καθηµερινή τους δουλειά ξενόγλωσσους όρους. Όπου είναι δυνατόν χρησιµοποιήθηκαν ελληνικοί όροι προερχόµενοι από τη «Γενική και Ειδική Τηλεπικοινωνιακή Ορολογία της Μόνιµης Οµάδας Τηλεπικοινωνιακής Ορολογίας (ΜΟΤΟ)» που υπάγεται στην Εθνική Τεχνική Επιτροπή Τυποποίησης ΤΕ Τ. Συγχρόνως παρατίθενται και οι ξενόγλωσσοι όροι και οι συντοµογραφίες τους ώστε να διευκολυνθούν οι αναγνώστες που µπορούν να ανατρέξουν στην ξένη βιβλιογραφία. Τέλος, θα ήθελα να εκφράσω τις θερµές µου ευχαριστίες στον κ. Παύλο Σπυράκη για τη συµβολή του στη συγκρότηση της ύλης του βιβλίου, καθώς και για την κριτική ανάγνωση του κειµένου αυτού. Για την κριτική ανάγνωση του κειµένου θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τον κ. Μάριο Μαυρονικόλα, το συνεργάτη µου κ. ιονύσιο Αδαµόπουλο για τις εύστοχες παρατηρήσεις του, καθώς και την κα ήµητρα Παρασκευοπούλου και τον κ. Χρήστο Παναγιωτακόπουλο από το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήµιο για τη φιλότιµη και αποτελεσµατική συµπαράστασή τους σε όλες τις φάσεις της συγγραφής και ολοκλήρωσης του βιβλίου αυτού. Kωνσταντίνος Παπανδρέου