Τηλεπικοινωνίες: βασικές έννοιες και κατευθύνσεις Καθηγητής Κώστας Κουρκουµπέτης, ΟΠΑ Email: courcou@aueb.gr Περιοχή µαθήµατος: www.aueb.gr/users/courcou/courses/telecoms/ 1. του µαθήµατος Σήµερα οι τηλεπικοινωνίες βρίσκονται σε µία καθολική επανάσταση. Οι µεγάλες συντελούµενες αλλαγές ήδη αρχίζουν να έχουν σηµαντικές επιπτώσεις στον τρόπο που εργάζονται οι άνθρωποι, οργανώνονται οι επιχειρήσεις, και γίνονται οι εµπορικές συναλλαγές. Η ταχεία εισδοχή νέων τεχνολογιών και υπηρεσιών και ο µεγάλος ανταγωνισµός στην τηλεπικοινωνιακή αγορά δηµιουργούν µεγάλες ευκαιρίες στην µοντέρνα επιχείρηση να αναβαθµίσει την υποδοµή της και να αυξήσει την ανταγωνιστικότητα της µε όρους πλέον οικονοµικά σύµφορους. Είναι πλέον γεγονός πως η αναδιοργάνωση της µοντέρνας επιχείρησης στηρίζεται σε σηµαντικό ποσοστό στις νέες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες, και για τον λόγο αυτό, οι επιχειρήσεις γίνονται σταδιακά ο µεγαλύτερος και ο πλέον εξειδικευµένος πελάτης των παρόχων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών, οδηγώντας την αντίστοιχη αγορά και ζητώντας όλο και περισσότερο αναβαθµισµένες υπηρεσίες. Το µάθηµα αυτό αποσκοπεί στο να ενηµερώσει τον σπουδαστή για τις καινούργιες τηλεπικοινωνιακές τεχνολογίες και υπηρεσίες που προσφέρονται σήµερα, να παρουσιάσει τα υπέρ και τα κατά των διαφορετικών τεχνολογικών λύσεων, και να εξηγήσει την κατεύθυνση της τεχνολογίας και των νέων υπηρεσιών. Το περιεχόµενο του µαθήµατος αποτελείται από τις εξής ενότητες: 1. Εισαγωγή στις βασικές έννοιες τηλεπικοινωνιών και δικτύων 2. Internet 3. Υπηρεσίες µεταφοράς (SDH, ATM, Frame Relay, ISDN, IN) 4. Τεχνολογίες πρόσβασης (ADSL, wireless, cable) 5. Κινητές και δορυφορικές επικοινωνίες 6. Υπηρεσίες προτιθέµενης αξίας (VPNs, Intranets, Extranets), καινούργιες εφαρµογές (Voice over IP), και άλλα θέµατα (τηλεπικοινωνιακά συµβόλαια, ISPs, κλπ.) 7. Θέµατα τηλεπικοινωνιακής στρατηγικής 2. Στόχοι του µαθήµατος Το µάθηµα αποσκοπεί ώστε οι σπουδαστές να κατανοήσουν τις βασικές έννοιες και τεχνολογίες πάνω στις οποίες στηρίζονται οι µοντέρνες τηλεπικοινωνίες, να εκτιµήσουν τα πλεονεκτήµατα που προσφέρουν οι καινούργιες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες στην επιχείρηση, να αποκτήσουν το υπόβαθρο ώστε να µπορούν να συγκρίνουν διαφορετικές τεχνολογικές λύσεις για βασικά θέµατα δια-δικτύωσης και πρόσβασης.
3. Βιβλία και σηµειώσεις Το υλικό στο οποίο βασίζεται το µάθηµα αποτελείται από Κεφάλαια βιβλίων όπου συνοπτικά παρουσιάζονται οι ενότητες σχετικές µε τις βασικές έννοιες, Άρθρα σε µορφή tutorials (απλά γραµµένα), τα οποία µπορεί να διαβάσει ο µη ειδικός και να ενηµερωθεί εύκολα στο συγκεκριµένο θέµα, Άρθρα από µη επιστηµονικά περιοδικά (όπως το Data Communications) τα οποία να αναφέρονται σε σηµαντικές πρακτικές πλευρές της τεχνολογίας, Αντίγραφα των διαφανειών της διδασκαλίας. Το ανωτέρω υλικό θα δοθεί φωτοτυπηµένο στους σπουδαστές του µαθήµατος. Τα άρθρα που αρχίζουν µε (*) προορίζονται για τους πλέον προχωρηµένους σπουδαστές, και εξειδικεύουν περισσότερο το αντίστοιχο θέµα. Ένα συνοπτικό άρθρο το οποίο περιέχει ένα µεγάλο ποσοστό της ύλης του µαθήµατος, και το οποίο συνιστώ είναι το C. Courcoubetis, An Introduction to Communication Networks and Services, το οποίο περιέχει τµήµατα του βιβλίου C. Courcoubetis and R. Weber, Pricing Communications Networks: economics, technology and modeling, Wiley, 2003, www.aueb.gr/users/courcou/courses/telecoms/mba.pdf Ένα πολύ καλό µοντέρνο βιβλίο που περιέχει µία εξαιρετική κάλυψη της τεχνολογίας των τηλεπικοινωνιακών δικτύων, το οποίο και ανεπιφύλακτα συνιστώ, είναι το J. Walrand, Communication Networks: a first course, McGraw Hill, second edition, 1998, Όπως και το J. Kurose, K. Ross, Computer Networking: a top down approach featuring the Internet, Addison Wesley, 2001. Για τους θεράποντες της θεωρίας (και όχι µόνον!) συνιστώ συµπληρωµατικά και το (η την ανανεωµένη δεύτερη του έκδοση που πρέπει να κυκλοφορεί) J. Walrand and P. Varaiya, High Performance Communication Networks, Morgan Kaufmann, Second Edition, 2000. Ένα καλό on-line reference για επισκόπηση της τεχνολογίας είναι το http://broadband.ic.gc.ca/english/resources/broad_infra.pdf Ένα πολύ καλό µέρος για την αναζήτηση εκλαϊκευµένης τεχνικής πληροφορίας (tutorials) είναι το www.webproforum.com.
Πιο συγκεκριµένα, το υλικό του µαθήµατος περιγράφεται ανά ενότητα στη αντίστοιχη παράγραφο. 4. Βαθµολογία του µαθήµατος Η βαθµολογία θα γίνει µε βάσει τα εξής: 1. (Ενδιάµεση εξέταση (?). Μετά το τέλος των ενοτήτων 1-3 θα δοθεί "καθ' οίκον" (takehome) εξέταση υπό µορφής ερωτήσεων, που θα καλύπτει την ανάλογη ύλη). 2. Τελική εξέταση (60%). Θα δοθεί "καθ' οίκον" (take-home) εξέταση υπό µορφής ερωτήσεων, που θα περιλαµβάνει όλη την ύλη του µαθήµατος. 3. Τελική εργασία (40%). Η τελική εργασία έχει σαν σκοπό την προσαρµογή της πληροφορίας παρουσίασε το µάθηµα στα πλαίσια µιας συγκεκριµένης επιχείρησης, και συγκεκριµένα, αποτελεί ένα case study για την επιχείρηση που εργάζεται ο σπουδαστής. 5. Αναλυτικό πρόγραµµα µαθήµατος Η ύλη του µαθήµατος αποτελείται από τις εξής ενότητες: Ενότητα 1: Βασικές έννοιες δικτύων Στην ενότητα αυτή περιγράφουµε την λειτουργία ορισµένων ευρέως διαδεδοµένων δικτύων. Με τον τρόπο αυτό εισάγουµε και εξηγούµε σε ένα απλό επίπεδο τις βασικές έννοιες χωρίς να µπούµε σε πολλές τεχνικές λεπτοµέρειες. Αρχίζουµε µε το πλέον ευρέως διαδεδοµένο τοπικό δίκτυο, το Ethernet. Στην συνέχεια εισάγουµε το Internet, το οποίο αποτελεί το ευρύτερα διαδεδοµένο διαδίκτυο, και στο τέλος συζητούµε την τεχνολογία ΑΤΜ, η οποία εισάγει πολλές διαφορετικές έννοιες και υπηρεσίες, και αποτελεί σήµερα µια εναλλακτική τεχνολογία του Internet και του Ethernet. (*) J. Walrand, Communication Networks: a first course, McGraw Hill, second edition, 1998, chapter 2. Ενότητα 2: Internet Η ενότητα αυτή περιγράφει σε περισσότερο βάθος την τεχνολογία του Internet. Περιγράφουµε την ιστορία του, την αρχιτεκτονική του, και τις βασικές λειτουργίες και υπηρεσίες του.
C. Courcoubetis, An Introduction to Communication Networks and Services (*) J. Walrand, Communication Networks: a first course, McGraw Hill, second edition, 1998, chapter 3. G. W. Treese, L. C. Stewart, Designing Systems for Internet Commerce, Addison-Wesley, 1998, chapter 8 (πιο εύκολο για αρχάριους). Ενότητα 3: Βασικές τεχνολογίες µεταφοράς δεδοµένων Στην ενότητα αυτή περιγράφουµε βασικές τεχνολογίες µεταφοράς δεδοµένων, πάνω στις οποίες χτίζονται οι υψηλότερου επιπέδου υπηρεσίες. Σε προηγούµενη ενότητα εξετάσαµε τις βασικές τεχνολογίες µεταγωγής πακέτων (packet switching) Ethernet και IP (Internet). Στην ενότητα αυτή εξετάζουµε τεχνολογίες που χαρακτηρίζονται από µεταγωγή κυκλώµατος (circuit switching), και συγκεκριµένα τις τεχνολογίες SDH (SONET): υλοποιεί το χαµηλότερο επίπεδο µεταφοράς. ISDN και IN (Intelligent Network). Στην συνέχεια περιγράφουµε τεχνολογίες που συνδυάζουν χαρακτηριστικά circuit switching και packet switching, όπως ΑΤΜ: αποτελεί βασική τεχνολογία πολυπλεξίας και παροχής υπηρεσιών µεταφοράς από άκρη σε άκρη (end-to-end) µε ποιότητα υπηρεσίας FRAME RELAY: ευρέως διαδεδοµένη υπηρεσία διασύνδεσης, προγενέστερη του ΑΤΜ. Επίσης αναφερόµαστε σε άλλα επίκαιρα θέµατα όπως η τεχνολογία των οπτικών δικτύων (optical networks), DWDM, και IP πάνω από SONET. Τέλος, µε βάση την συνολική εικόνα των δικτύων από το φυσικό επίπεδο µέχρι το επίπεδο των υπηρεσιών που έχει πλέον αποκτήσει ο σπουδαστής, συζητούµε βασικές ερωτήσεις που σχετίζονται µε την σύγκληση των τεχνολογιών και την απλοποίηση των βασικών εννοιών και υπηρεσιών. (*) J. Walrand and P. Varaiya, High Performance Communication Networks, Morgan Kaufmann, 1996, κεφάλαια 3.6 (Frame Relay), 4.2 (SONET), 4.4 (ISDN), 4.5 (Intelligent Network). (*) "Optical networks tutorial", Alcatel, http://www.webproforum.com/alcatel/full.html. Ενότητα 4: Τεχνολογίες πρόσβασης
Το δίκτυο πρόσβασης είναι το µέρος του δικτύου που συνδέει τους τελικούς χρήστες µε το κυρίως τηλεπικοινωνιακό δίκτυο. Οι ταχέως εξελισσόµενες υπηρεσίες του Internet δηµιουργούν µεγάλη ανάγκη για αναβάθµιση του δικτύου πρόσβασης ώστε οι υπηρεσίες αυτές να φθάσουν µέχρι τον τελικό χρήστη. Ουσιαστικά, το δίκτυο πρόσβασης αποτελεί την στενωπό για την ανάπτυξη και χρήση των υπηρεσιών του Internet. Στην ενότητα αυτή αναφερόµαστε στα ανωτέρω θέµατα, µελετούµε τις υπάρχουσες και προτεινόµενες τεχνολογίες, και αναπτύσσουµε το παράδειγµα (case study) των καλωδιακών δικτύων στις ΗΠΑ. "Internet access tutorial", International Engineering Consortium, Web ProForum Tutorials, http://www.webproforum.com/iec05/full.html. "DSL: An overview guide. Understanding the business benefits of a high-speed 'always ON' connection", 3-Com tutorial. Ενότητα 5: Ασύρµατα δίκτυα και κινητές επικοινωνίες Στην ενότητα αυτή περιγράφουµε δίκτυα που βασίζονται σε ασύρµατες τεχνολογίες. Συγκεκριµένα εξετάζουµε βασικές έννοιες σχετικές µε: Ασύρµατα WANs και LANs. Κυψελωτές (cellular) επικοινωνίες. Το µελλοντικό σύστηµα UMTS για παροχή κινητών επικοινωνιών. ορυφορικές επικοινωνίες. "Cellular communications", IEC, a Web ProForum tutorial. "The path towards UMTS- technologies for the information society", the UMTS Forum, 1998. R. Gareiss, "Satellite Services: down to earth and ready for business", Data Communnications, December 1997. Ενότητα 6: ικτυακές υπηρεσίες προστιθέµενης αξίας Στην ενότητα αυτή περιγράφουµε σύγχρονες δικτυακές υπηρεσίες προστιθέµενης αξίας που χτίζονται πάνω από τις υπηρεσίες µεταφοράς που εξετάσαµε σε προηγούµενη ενότητα. Επίσης περιγράφουµε άλλα σηµαντικά θέµατα σχετικά µε την επιχείρηση και τις τηλεπικοινωνίες. Συγκεκριµένα εξετάζουµε υπηρεσίες όπως:
Ιδεατά ιδιωτικά δίκτυα (Virtual Private Networks) Intranets και Extranets Outsourcing Web hosting Σύγκριση παροχέων υπηρεσιών Internet Συµβόλαια τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών Παροχή τηλεφωνικών υπηρεσιών πάνω από το Internet Οι υπηρεσίες αυτές είναι εκείνες που προσθέτουν αξία στις υπηρεσίες µεταφοράς δεδοµένων (Internet) και διαφοροποιούν την απλή παροχή υπηρεσιών µεταφοράς, αυξάνοντας την ανταγωνιστικότητα των ISPs. (*) "The new world of virtual private networking services", Sisco Systems. (*) "A primer for implementing a Cisco VPN", Sisco Systems. (*) "Internet telephony tutorial", Siemens Telecom Networks, a Web ProForum tutorial. Ενότητα 7: Επιχειρηµατικά µοντέλλα Στην ενότητα αυτή περιγράφουµε την αλυσίδα αξίας στην παροχή υπηρεσιών Internet. Περιγράφουµε ένα µοντέλλο στο οποίο κατηγοροποιούνται οι υπηρεσίες από υποδοµές µέχρι περιεχόµενο. Τέλος αναφερόµαστε σε θέµατα τηλεπικοινωνιακής στρατηγικής όπως αυτά προκύπτουν από την σύγχρονη απελευθερωµένη τηλεπικοινωνιακή αγορά. 6. Τελική εργασία µαθήµατος Ο στόχος της εργασίας είναι ο σπουδαστής να εµπεδώσει τόσο τις βασικές όσο και τις πιο προχωρηµένες έννοιες και να τις χρησιµοποιήσει στο δικό του περιβάλλον. Το τελικό αποτέλεσµα της εργασίας θα είναι µία κριτική για την χρήση των τηλεπικοινωνιών στο περιβάλλον του σπουδαστή, όπως και προτάσεις για την αναδόµηση τους, βασισµένες στις µελλοντικές ανάγκες για προχωρηµένες υπηρεσίες που θα έχει η εταιρία. Το µέγεθος της εργασίας δεν θα ξεπερνά τις 12 σελίδες (εκτός από σχέδια), και µπορεί να εκτελεστεί απο οµάδες των 3 ατόµων. Εναλλακτικά, ο σπουδαστής µπορεί να κάνει άλλη εργασία στην οποία θα εµβαθύνει σε συγκεκριµένο θέµα µετά από συµφωνία µε τον διδάσκοντα. Η εργασία αποτελείται από 4 φάσεις. Φάση 1: τοπικού δικτύου (LAN). Ζητείται να περιγραφεί η αρχιτεκτονική των τοπικών δικτύων στο περιβάλλον του σπουδαστή, η θέση των εξυπηρετητών, και η δυνατόν,
τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που χρησιµοποιούνται. Η φάση αυτή ενότητες 1-2. είναι σχετική µε τις Φάση 2: δικτύου ευρύτερης περιοχής (WAN). Ζητείται η περιγραφή του συνολικού δικτύου της εταιρίας, ο τρόπος διασύνδεσης των γεωγραφικά αποµεµακρυσµένων LANs, η υπηρεσία σύνδεσης µε το Internet (η δυνατόν, περίληψη των βασικών υποχρεώσεων και παραµέτρων που υπάρχουν στο συµβόλαιο µε τον παροχές της υπηρεσίας Internet). Η φάση αυτή είναι σχετική µε τις ενότητες 1-3. Στην περίπτωση που ουσιαστικά δεν υπάρχει ήδη τέτοιο δίκτυο, θα πρέπει να διαλέξετε λύσεις από αυτές που διατίθενται στην Ελληνική πραγµατικότητα, π.χ., το ATM δίκτυο του ΟΤΕ, Frame Relay από διάφορους ISPs, µισθωµένες γραµµές, δορυφορικές συνδέσεις, κλπ. Φάση 3: υπηρεσιών VPN, Intranet, Extranet. Ζητούνται: Α) µε βάση την υπάρχουσα κατάσταση, να περιγραφεί η χρήση των υπηρεσιών Internet εσωτερικά στην εταιρία, οι υπηρεσίες ασφαλείας (η ύπαρξη firewall και η γενικότερη πολιτική ασφαλείας), ο τρόπος πρόσβασης σε εξωτερικούς συνεργάτες της εταιρίας, όπως και η αποµεµακρυσµένη πρόσβαση σε υπαλλήλους της εταιρίας (όταν ταξιδεύουν, από το σπίτι). Β) µε βάση την µελλοντική αναµενόµενη επέκταση της εταιρίας, προτείνετε την αναβάθµιση των υπηρεσιών VPN, Intranet, Extranet. Φάση 4: Προτείνετε ένα ολοκληρωµένο δίκτυο υπηρεσιών για την εταιρία. Βασικά σηµεία είναι η παροχή υπηρεσιών φωνής και δεδοµένων από το ίδιο δίκτυο. Η εργασία δεν πρέπει να ξεπερνάει τις 15-20 σελίδες, και θα πρέπει να δικαιολογεί τις συγκεκριµένες επιλογές. Η περιγραφή των λύσεων θα πρέπει να κρατηθεί σε σχετικά υψηλό επίπεδο, δηλ. σε επίπεδο πολιτικής και όχι σε επίπεδο καθαρά τεχνικό.