Κινητές Επικοινωνίες και Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Κινητές Επικοινωνίες και Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα Ενότητα: Δίκτυα ΗΥ- Φυσικό Στρώμα Σαββαΐδης Στυλιανός Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Εισαγωγή στις βασικές έννοιες που διέπουν το Φυσικό Στρώμα των δικτύων ΗΥ Μετάδοση Δεδομένων Ψηφιακά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση Φυσικά Μέσα Μετάδοσης Δεδομένων Χάλκινα Καλώδια Ομοαξονικά Καλώδια Οπτικές Ίνες Ασύρματα Κανάλια Εthernet Φυσικό Στρώμα & Τεχνολογίες 4

Περιεχόμενα ενότητας Μετάδοση Δεδομένων Ψηφιακά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση Ψηφιακά Δεδομένα-Αναλογική Μετάδοση Αναλογικά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση Τύποι Φυσικής Προσπέλασης Φυσική Μέσα Διασύνδεσης στα Δίκτυα ΗΥ Χάλκινα Μέσα Πολλαπλά Συνεστραμμένα Ζεύγη UTP και STP Καλώδια UTP Καλώδια UTP Καλώδια: Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα UTP Καλώδια & Τύποι Διασύνδεσης Καλώδιο Ευθείας Σύνδεσης (Straight Through) Χρωματικοί Συνδυασμοί 5

Περιεχόμενα ενότητας Καλώδιο Ευθείας Σύνδεσης (Straight Through) Καλώδιο Διασταυρούμενης Σύνδεσης (Crossover) Καλώδιο Rollover Θόρυβος & Παρεμβολές σε Παράλληλες Γραμμές Θόρυβος & Παρεμβολές σε Συνεστραμμένες Γραμμές Θόρυβος & Παρεμβολές στα UTP Καλώδια Κατηγορίες UTP Καλωδίων Ομοαξονικά Καλώδια Οπτικές Ίνες Συνθήκη Παγίδευσης στις Οπτικές Ίνες Συνθήκη Παγίδευσης & Κρίσιμη Γωνία Μονορυθμικές & Πολυρυθμικές Ίνες Εξασθένηση στις Οπτικές Ίνες-Οπτικά Παράθυρα Εξασθένηση στα Ενσύρματα Μέσα 6

Περιεχόμενα ενότητας Ασύρματα Κανάλια Wi-Fi Ασύρματη Σύνδεση WiMax Ασύρματη Σύνδεση Γενικά Χαρακτηριστικά WiFi-WiMax Δικτύων Εξασθένηση λόγω Πολύοδης Διάδοσης Φαινόμενο Doppler Παραμόρφωση λόγω Καθυστερημένης Άφιξης ΗΜ Κυμάτων Εξασθένηση λόγω Εμποδίων Ethernet Φυσικό Στρώμα Ethernet Ονομασίες 10Mbps Ethernet Τεχνολογίες 10BaseT Ethernet 100Base Ethernet Τεχνολογίες (Fast Ethernet) 100BaseT Ethernet Gigabit Ethernet 7

Δίκτυα ΗΥ- Φυσικό Στρώμα

Μετάδοση Δεδομένων Οι τρόποι μετάδοσης της πληροφορίας στα Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως εξής: Ψηφιακή Μετάδοση Ψηφιακής Πληροφορίας Δίκτυα ΗΥ Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικής Πληροφορίας Ψηφιακά Τηλεφωνικά Δίκτυα Αναλογική Μετάδοση Ψηφιακής Πληροφορίας Ασύρματα & Οπτικά Δίκτυα Αναλογική Μετάδοση Αναλογικής Πληροφορίας Αναλογικά Τηλεφωνικά Δίκτυα 9

Ψηφιακά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση Ψηφιακό Σήμα το οποίο αναπαριστά Ψηφιακά Δεδομένα Διακριτοί, ασυνεχείς παλμοί τάσης Κάθε διαφορετικός παλμός αντιστοιχεί σε μια διακριτή φυσική κατάσταση Τα ψηφιακά δεδομένα αντιστοιχούνται στις διαφορετικές φυσικές καταστάσεις του σήματος Παράδειγμα: Ψηφιακά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση 10

Ψηφιακά Δεδομένα-Αναλογική Μετάδοση-1/2 Αναλογική Μετάδοση Ψηφιακών Δεδομένων: Ψηφιακές Διαμορφώσεις: Διαμόρφωση Πλάτους (Amplitude-shift keying (ASK)): η διαφοροποίηση της πληροφορίας αντιστοιχείται σε συγκεκριμένη διαφοροποίηση του πλάτους του αναλογικού σήματος. Διαμόρφωση Συχνότητας (Frequency-shift keying (FSK)): η διαφοροποίηση της πληροφορίας αντιστοιχείται σε συγκεκριμένη διαφοροποίηση της συχνότητας του αναλογικού σήματος. Διαμόρφωση Φάσης (Phase-shift keying (PSK)): η διαφοροποίηση της πληροφορίας αντιστοιχείται σε συγκεκριμένη διαφοροποίηση της φάσης του αναλογικού σήματος. 11

Ψηφιακά Δεδομένα-Αναλογική Μετάδοση-2/2 12

Αναλογικά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση-1/2 Τα Αναλογικά Δεδομένα δειγματοληπτούνται Ο ρυθμός δειγματοληψίας βασίζεται στο θεώρημα της δειγματοληψίας f δειγματοληψίας =2 f μέγιστη Το εύρος τιμών του αναλογικού σήματος χωρίζεται σε κβαντικά επίπεδα τιμών ορίζοντας ένα σύνολο από διαφορετικές καταστάσεις Κάθε αναλογικό δείγμα αντιστοιχείται σε μια δυαδική λέξη η οποία αναπαριστά ένα κβαντικό επίπεδο Το μήκος (n bits) της λέξης ορίζει τον αριθμό των διαφορετικών καταστάσεων που μπορεί να αναπαραστήσει 2 n διαφορετικές καταστάσεις 13

Αναλογικά Δεδομένα-Ψηφιακή Μετάδοση-2/2 14

Τύποι Φυσικής Προσπέλασης Τα είδη της φυσικής προσπέλασης στα δίκτυα ΗΥ θα μπορούσαν να κατηγοριοποιηθούν σε: Οικιακή: modem+αναλόγική τηλεφωνική γραμμή. ISDN ADSL Εταιρική: Τοπικά Δίκτυα (LAN)-Ethernet. Ασύρματη: Ασύρματα LAN στα 2.4 GHz/5GHz (WLAN/Wi-Fi). Ασύρματα WMAN στα 3.5 GHz (Wi-Max). 15

Φυσική Μέσα Διασύνδεσης στα Δίκτυα ΗΥ Τα φυσικά μέσα διασύνδεση διακρίνονται σε Χάλκινα Καλώδια Συνεστραμμένου Ζεύγους (twisted pair). Ομοαξονικά Καλώδια Οπτικές Ίνες Επίγεια ή Δορυφορικά Ασύρματα Κανάλια 16

Χάλκινα Μέσα- 1/2 Τα δισύρματα χάλκινα καλώδια αποτελούν το απλούστερο μέσο διάδοσης δύο χάλκινα σύρματα τα οποία είναι μεταξύ τους μονωμένα. επικοινωνία σε μικρές αποστάσεις (εξασθένηση, παρεμβολές, θόρυβος) η εξασθένιση του σήματος είναι μεγαλύτερη στις υψηλότερες συχνότητες. το φάσμα των ψηφιακών σημάτων εκτείνεται σε σχετικά υψηλές συχνότητες και η μετάδοση τους μέσω δισύρματων καλωδίων περιορίζεται για μικρές αποστάσεις. 17

Χάλκινα Μέσα- 2/2 Οι σχετικά χαμηλές επιδόσεις του δισύρματου καλωδίου σε ότι αφορά το εύρος ζώνης και κατ επέκταση την ταχύτητα μετάδοσης, μπορούν να αναβαθμιστούν: με τη χρήση διαφορετικών τεχνικών αναπαράστασης και μετάδοσης των σημάτων πληροφορίας. αναλογική 56 Κbps ISDN 128 Kbps ADSL έως και δεκάδες Mbps με την υιοθέτηση ορισμένων κατασκευαστικών παρεμβάσεων οι οποίες αμβλύνουν την ευαισθησία του απέναντι στο θόρυβο και τις παρεμβολές. χρήση συνεστραμμένων μεταξύ τους ζευγών (twisted pair) προσθήκη προστατευτικού περιβλήματος για την θωράκιση (shielding) από το θόρυβο. η χρήση πολλαπλών συνεστραμμένων ζευγών 18

Πολλαπλά Συνεστραμμένα Ζεύγη 19

UTP και STP Καλώδια Η χρήση πολλαπλών συνεστραμμένων καλωδίων αποτελεί την τυπική επιλογή στα δίκτυα ΗΥ η μετάδοση απαιτεί ένα σχετικά μεγάλο εύρος ζώνης Τα καλώδια πολλαπλών συνεστραμμένων ζευγών διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες με κριτήριο την ύπαρξη θωράκισης: UTP (Unshielded Twisted Pair) καλώδια τα οποία περιέχουν συνεστραμμένα ζεύγη χωρίς να παρεμβάλλεται θωράκιση. STP (Shielded Twisted Pair) καλώδια τα οποία περιέχουν συνεστραμμένα ζεύγη τα οποία προστατεύονται με θωράκιση. 20

UTP Καλώδια Τα UTP καλώδια αποτελούνται από 4 συνεστραμμένα ζεύγη και αποτελούν την πλέον δημοφιλή επιλογή καλωδίωσης στα δίκτυα ΗΥ και ειδικότερα στα τοπικά δίκτυα. Ανάλογα με τις επιδόσεις του τα UTP καλώδια διακρίνονται σε επτά κατηγορίες (CAT 1, 2, 3, 4, 5, 5e 6). διαφοροποιήση σε ζητήματα εξασθένησης και εύρους ζώνης το εύρος ζώνης της κατηγορίας 5 και 5e είναι 100 ΜΗz ενώ της κατηγορίας 6 είναι 200 ΜΗz. Τα UTP καλώδια τερματίζονται σε πρίζες και αντίστοιχα φις τα οποία ονομάζονται RJ-45. Τυπικές επιδόσεις των καλωδίων UTP, ως προς την ταχύτητα μετάδοσης είναι 10-100-1000 Mbps. 21

UTP Καλώδια: Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα Τα UTP καλώδια παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα όπως η ευκολία στην εγκατάσταση, το μικρό κόστος το μικρό τους μέγεθος. Στα μειονεκτήματα τους συγκαταλέγονται η ευαισθησία στο θόρυβο και τις παρεμβολές το περιορισμένο μήκος τους λόγω της εξασθένησης. 22

UTP Καλώδια & Τύποι Διασύνδεσης Ένα σημαντικό στοιχείο για την ορθή χρήση και εγκατάσταση των UTP καλωδίων είναι η συμβατή τοποθέτηση των καλωδίων στις δύο άκρες του. Το πλέον χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η τοποθέτηση του σύρματος πάνω στο οποίο εκπέμπεται πληροφορία από τη μία πλευρά σε θέση όπου λαμβάνεται πληροφορία από την άλλη πλευρά. Ανάλογα με τη φύση της σύνδεσης και κατ επέκταση τον τύπο των δικτυακών συσκευών που διασυνδέονται υπάρχουν οι ακόλουθες περιπτώσεις: Καλώδιο Ευθείας Σύνδεσης (Straight Through), Καλώδιο Διασταυρούμενης Σύνδεσης (Crossover), Καλώδιο Rollover 23

Καλώδιο Ευθείας Σύνδεσης (Straight Through) Στο Καλώδιο Ευθείας Σύνδεσης (Straight Through) τα χάλκινα σύρματα συνδέονται στις ίδιες θέσεις σε κάθε πλευρά. Από πρακτική άποψη κάθε ζεύγος είναι μονωμένο με πλαστικό διαφορετικών χρωματικών συνδυασμών οπότε οι δύο άκρες του καλωδίου πρέπει να έχουν τους ίδιους χρωματικούς συνδυασμούς. Τυπικό παράδειγμα χρήσης ενός τέτοιου καλωδίου είναι η σύνδεση της κάρτας δικτύου ενός υπολογιστή με ένα μεταγωγέα (switch). 24

Χρωματικοί Συνδυασμοί 25

Καλώδιο Ευθείας Σύνδεσης (Straight Through) 26

Καλώδιο Διασταυρούμενης Σύνδεσης (Crossover)-1/3 Στο Καλώδιο Διασταυρούμενης Σύνδεσης (Crossover) τα χάλκινα σύρματα τοποθετούνται χιαστί, η θέση εκπομπής της μίας πλευράς να συνδέεται με τη θέση λήψης της άλλης Με απλή σύγκριση των χρωματικών συνδυασμών σε αυτού του τύπου τα καλώδια προκύπτει ότι οι συνδυασμοί των θέσεων 1 και 2 θα εμφανίζονται στις θέσεις 3 και 6 στην αντίθετη πλευρά. Τυπικό παράδειγμα τέτοιου τύπου διασύνδεσης είναι η διασύνδεση ανάμεσα σε δύο μεταγωγείς (switches) ή δύο υπολογιστές. 27

Καλώδιο Διασταυρούμενης Σύνδεσης (Crossover)-2/3 28

Καλώδιο Διασταυρούμενης Σύνδεσης (Crossover)-3/3 29

Καλώδιο Rollover Καλώδιο Rollover το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εξ αποστάσεως έλεγχο μιας δικτυακής συσκευής. οι θέσεις από αριστερά προς τα δεξιά είναι ακριβώς αντίθετες δημιουργώντας τον ίδιο χρωματικό συνδυασμό από τα δεξιά προς τα αριστερά. 30

Θόρυβος & Παρεμβολές σε Παράλληλες Γραμμές Πηγή Θορύβου Αποτέλεσμα Θορύβου=16 μονάδες Συνολικό Αποτέλεσμα Θορύβου: 16-12=4 μονάδες Πομπός Αποτέλεσμα Θορύβου=12 μονάδες 31

Θόρυβος & Παρεμβολές σε Συνεστραμμένες Γραμμές Πηγή Θορύβου Συνολικό Αποτέλεσμα Θορύβου: 14-14=0 Πομπός Δέκτης 32

Θόρυβος & Παρεμβολές στα UTP Καλώδια Near-End CrossTalk Far-End CrossTalk 33

Κατηγορίες UTP Καλωδίων Εξασθένηση (db ανά 100 m) Near-end Crosstalk (db) Συχνότητ α (MHz) Category 3 UTP Category 5 UTP 150-ohm STP Category 3 UTP Category 5 UTP 1 2.6 2.0 1.1 41 62 58 150-ohm STP 4 5.6 4.1 2.2 32 53 58 16 13.1 8.2 4.4 23 44 50.4 25 10.4 6.2 41 47.5 100 22.0 12.3 32 38.5 300 21.4 31.3 34

Ομοαξονικά Καλώδια-1/3 35

Ομοαξονικά Καλώδια-2/3 Το ομοαξονικό καλώδιο αποτελείται από ένα χάλκινο αγωγό ο οποίος περιβάλλεται από ένα εύκαμπτο μονωτικό υλικό. Το μονωτικό υλικό περιβάλλεται από ένα μεταλλικό πλέγμα ή φύλλο το οποίο λειτουργεί ως: α) ένα δεύτερο σύρμα (επιπλέον αυτού που είναι ο εσωτερικός αγωγός) και β) θωράκιση για τον εσωτερικό αγωγό. Η μεταλλική θωράκιση περιβάλλεται από πλαστικό περίβλημα. Οι επιδόσεις τους είναι της τάξης των 10-100 Mbps. Τα ομοαξονικά καλώδια τερματίζονται σε συνδέσμους οι οποίοι εύλογα έχουν κυλινδρική γεωμετρία και ονομάζονται BNC. 36

Ομοαξονικά Καλώδια-3/3 Η χρήση των ομοαξονικών καλωδίων προσφέρει τη δυνατότητα διασύνδεσης χωρίς τη χρήση επαναληπτών για μεγαλύτερες αποστάσεις συγκριτικά με τα UTP καλώδια. το μέγιστο μήκος τους είναι της τάξης των 500 μέτρων υστερούν έναντι των οπτικών ινών αλλά αυτό το μειονέκτημα τους αντισταθμίζεται από το μικρότερο κόστος. Οι σχετικά ανελαστικοί περιορισμοί που έχουν τα ομοαξονικά καλώδια ως προς τον ασφαλή τερματισμό τους οδήγησε στην περιθωριοποίηση τους και τη χρήση καλωδίων UTP ή οπτικών ινών για την υλοποίηση του γρήγορου Ethernet (ταχύτητες μετάδοσης 100 Mbps ή υψηλότερες). 37

Οπτικές Ίνες Οι οπτικές επικοινωνίες βασίζονται στη μετάδοση φωτεινών σημάτων (παλμών) μέσω οπτικών ινών. Τα σύμβολα της πληροφορίας είναι είτε λογικά 1 είτε 0 και αντιστοιχούν στην εκπομπή και τη μη εκπομπή φωτεινού σήματος, αντίστοιχα. Η οπτική ίνα αποτελείται από ένα οπτικό κυλινδρικό μέσο (glass core) στον οποίο διαδίδεται το φωτεινό σήμα. ένα διαφορετικό οπτικό υλικό (cladding), το οποίο περιβάλλει και οριοθετεί το core υλικό. ένα υλικό π.χ. πολυμερές, το οποίο απομονώνει το χώρο διάδοσης από το εξωτερικό χώρο και περιβάλλει την όλη κατασκευή. 38

Συνθήκη Παγίδευσης στις Οπτικές Ίνες-1/2 Κατασκευαστικά η οπτική ίνα καθορίζεται από τη θεμελιώδη απαίτηση να επιτευχθεί η παγίδευση του φωτεινού κύματος. Η συνθήκη αυτή ικανοποιείται όταν οι οπτικές ακτίνες προσπίπτουν στη διαχωριστική επιφάνεια, ανάμεσα στο χώρο διάδοσης και τον περιβάλλοντα χώρο (cladding), και υφίστανται ολική ανάκλαση. 39

Συνθήκη Παγίδευσης στις Οπτικές Ίνες-2/2 Σύμφωνα με τους νόμους της οπτικής η ολικά ανακλώμενη ακτίνα απομακρύνεται σχηματίζοντας μία γωνία με τη διαχωριστική επιφάνεια ίση με τη γωνία πρόσπτωσης. Συνεπώς, όταν η ανακλώμενη ακτίνα συναντήσει ξανά τη διαχωριστική επιφάνεια θα προσπέσει με την αρχική γωνία πρόσπτωσης και θα ανακλαστεί ολικά. Μέσα από αυτές τις διαδοχικές ανακλάσεις στο σύνορο του χώρου διάδοσης οι φωτεινές ακτίνες εκτελούν μια ζιγκ-ζαγκ διαδρομή και διαδίδονται κατά μήκος της οπτικής ίνας. 40

Συνθήκη Παγίδευσης & Κρίσιμη Γωνία Η επίτευξη της ολικής ανάκλασης μπορεί να επιτευχθεί εφόσον: ο χώρος διάδοσης της ίνας έχει υψηλότερο δείκτη διάθλασης (οπτικά πυκνότερος) συγκριτικά με τον χώρο που τον περιβάλλει (cladding). η γωνία πρόσπτωσης της φωτεινής ακτίνας στη διαχωριστική επιφάνεια είναι μεγαλύτερη από μια κρίσιμη γωνία φ c. ηn 2 ηn 1 1 Φ c φ c ( ) sin φ c n = 2 n1 Φ 1 φ 1 φ 1 > φ c 41

Μονορυθμικές & Πολυρυθμικές Ίνες- 1/3 H διάδοση του φωτεινού κύματος μπορεί να επιτευχθεί για ένα αριθμό από γωνίες πρόσπτωσης στη διαχωριστική επιφάνεια Οι φωτεινές ακτίνες εν γένει μπορούν να ακολουθήσουν πλέον της μίας οπτικές διαδρομές και να διαδοθούν κατά μήκος της ίνας Οι διαφορετικές οπτικές διαδρομές ορίζουν και διαφορετικούς ρυθμούς διάδοσης Η ύπαρξη ενός ή περισσότερων ρυθμών αποτελεί ένα κριτήριο κατηγοριοποίησης των οπτικών ινών σε: Μονορυθμικές (single-mode) Πολυρυθμικές (multi-mode) 42

Μονορυθμικές & Πολυρυθμικές Ίνες- 2/3 Από κατασκευαστική άποψη η διάκριση ανάμεσα στους δύο αυτούς τύπους οπτικών ινών αφορά κυρίως τη διάσταση του εσωτερικού χώρου διάδοσης (core). Οι μονορυθμικές οπτικές ίνες έχουν μικρό χώρο διάδοσης και κατ αυτό τον τρόπο περιορίζουν τα δυνατά οπτικά μονοπάτια διάδοσης και τους ρυθμούς σε ένα και μοναδικό. Η διάμετρος του χώρου διάδοσης για τις μονορυθμικές ίνες είναι της τάξης των 8 με 9 μικρόμετρα (10-6m). Αντίθετα, οι πολυρυθμικές ίνες χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη διάμετρο η οποία κυμαίνεται μεταξύ 50 και 62.5μm. 43

Μονορυθμικές & Πολυρυθμικές Ίνες- 3/3 Οι μονορυθμικές ίνες παρουσιάζουν μεγαλύτερο εύρος ζώνης και δυνατότητα μετάδοσης σε μεγαλύτερες αποστάσεις. η τυπικά μέγιστη απόσταση είναι 3 km και μπορεί να επεκταθεί, ενώ οι πολυρυθμικές ίνες έχουν ένα περιορισμό της τάξης των 2km. Οι μονορυθμικές ίνες κοστίζουν περισσότερο λόγω: των μικρών διαστάσεων τους του είδους των φωτεινών πηγών που χρησιμοποιούν (lazer) Οι πολυρυθμικές ίνες είναι λόγω διαστάσεων κατασκευαστικά φθηνότερες και μπορούν να λειτουργήσουν με φθηνότερες πηγές, π.χ. LED. Εύλογα, οι πολυρυθμικές ίνες απαντώνται πιο συχνά στα LAN ενώ οι μονορυθμικές στο εσωτερικό του δικτύου. 44

Εξασθένηση στις Οπτικές Ίνες- Οπτικά Παράθυρα Attenuation (db/km) 1 850 nm 1300 nm 1550 nm 0.1 800 1000 1200 1400 1600 1800 Wavelength (nm) 45

Εξασθένηση στα Ενσύρματα Μέσα 46

Ασύρματα Κανάλια-1/3 Η χρήση του αέρα σαν ένα κανάλι μετάδοσης πληροφορίας για τα δίκτυα ΗΥ αποτελεί μια επιλογή με αυξανόμενη δημοτικότητα. Τα δύο σημαντικότερα πλεονεκτήματα αυτής της επιλογής είναι η δυνατότητα κινητικότητας που προσφέρει στους χρήστες. η ελάχιστη δυνατή υποδομή που απαιτείται για την εγκατάσταση και λειτουργία τους. Τα μειονεκτήματα θα μπορούσαν να συνοψισθούν στα εξής σημεία: στην ασάφεια που υπάρχει σε ότι αφορά την επίδραση τους στον άνθρωπο. στις τεχνικές δυσκολίες που συνεπάγεται η χρήση ενός μέσου διάδοσης το οποίο παρουσιάζει σαφώς στοχαστικά χαρακτηριστικά. στο σχετικά μικρό διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων (εύρος ζώνης) για νέες εφαρμογές, όπως τα ασύρματα δίκτυα υπολογιστών. 47

Ασύρματα Κανάλια-2/3 Σήμερα, η βιομηχανία των τηλεπικοινωνιών φαίνεται να προκρίνει τη χρήση των ασύρματων δικτύων και γι αυτό το λόγο μέσα σε μία περίπου δεκαετία αναπτύχθηκαν και λειτουργούν εφαρμογές: ασύρματων τοπικών δικτύων (Wireless LAN, WLAN) ασύρματων μητροπολιτικών δικτύων (Wireless MAN, WMAN) Τα WLAN είναι γνωστά είτε με την εμπορική ονομασία Wi-Fi είτε με το όνομα του προτύπου ΙΕΕΕ 802.11 στο οποίο συμμορφώνονται και λειτουργούν στα 2.4GHz. Αντίστοιχα τα WMAN είναι γνωστά είτε σαν δίκτυα WiMAX είτε σαν IEEE 802.16 και λειτουργούν σε συχνότητες πάνω από 2GHz. 48

Ασύρματα Κανάλια-3/3 Η μετάδοση των σημάτων πληροφορίας στα ασύρματα δίκτυα λαμβάνει χώρα με την εκπομπή HM κυμάτων τα χαρακτηριστικά (συχνότητα και φάση) τους διαφοροποιούνται ανάλογα με τα ψηφιακά σύμβολο πληροφορίας που αναπαριστούν. Η ασύρματη διάδοση χαρακτηρίζεται από πολλές δυσκολίες όπως: η εξασθένηση του σήματος καθώς απομακρύνεται από την κεραία εκπομπής την επιπλέον εξασθένηση λόγω της ύπαρξης εμποδίων που παρεμβάλλονται μεταξύ της κεραίας εκπομπής και λήψης την επιπλέον εξασθένηση για τα συστήματα που λειτουργούν σε εξωτερικούς χώρους π.χ. λόγω της βροχόπτωσης την εξασθένηση και την παραμόρφωση του σήματος πληροφορίας λόγω της άφιξης του ίδιου σήματος μέσω πολλών οδών (multipath propagation) και σε διαφορετικές χρονικές στιγμές στη κεραία του δέκτη. 49

Wi-Fi Ασύρματη Σύνδεση infrastructure network AP AP wired network AP: Access Point AP ad-hoc network 50

WiMax Ασύρματη Σύνδεση 51

Γενικά Χαρακτηριστικά WiFi- WiMax Δικτύων WiFi WiMAX Ταχύτητα Μετάδοσης 11-54 Μbps (+) έως 70 Mbps Εμβέλεια (με οπτική επαφή) Εμβέλεια (χωρίς οπτική επαφή) 100 m 30 m 30-50 km 2-5 km Κινητικότητα μέτρια πλήρης Φάσμα Συχνοτήτων 2.4 GHz (802.11 b/g) 5.2 GHz (802.11a) 2-11 GHz (802.16a) 11-60 GHz (802.16) Αδειοδότηση όχι Ναι/Όχι Προδιαγραφές Λειτουργίας 802.11 α, b, g 802.16, 802.16a, 802.16d, 802.16e 52

Εξασθένηση λόγω Πολύοδης Διάδοσης -1/2 53

Εξασθένηση λόγω Πολύοδης Διάδοσης -2/2 ΗΜ Κύμα 1 ΗΜ Κύμα 2 ΗΜ Κύμα 1+ΗΜ Κύμα 2 Η πολύοδη διάδοση έχει σαν αποτέλεσμα τη γρήγορη μεταβολή του σήματος στο χώρο 54

Φαινόμενο Doppler Κίνηση Χρήστη Doppler Μετατόπιση Φάσματος Λήψη ΗΜ κυμάτων από διαφορετικές κατευθύνσεις Η μετατόπιση του φάσματος έχει σαν αποτέλεσμα τη (γρήγορη ή αργή) μεταβολή του σήματος στο χρόνο 55

Παραμόρφωση λόγω Καθυστερημένης Άφιξης ΗΜ Κυμάτων Οι διαφορετικές διαδρομές των επιμέρους ΗΜ κυμάτων προκαλεί τη διασπορά τους στο χρόνο και αυτό μπορεί να οδηγήσει στην επικάλυψη και παραμόρφωση διαφορετικών συμβόλων πληροφορίας. 56

Εξασθένηση λόγω Εμποδίων 57

Ethernet Φυσικό Στρώμα-1/2 Το 1985 η IEEE δημοσίευσε μια σειρά προτύπων για τα Ethernet LANs. Η σειρά των προτύπων σαν το πρότυπο με την αρίθμηση 802.3. Η ταχύτητα μετάδοσης στο αρχικό Ethernet πρότυπο ήταν 10 Mbps στα μέσα της δεκαετίας του 90 ανακοινώθηκαν οι προδιαγραφές για το 100 Mbps Ethernet. το 1998 και 1999 ακολούθησαν οι προδιαγραφές για το 1 Gbps Ethernet. το 2002 εισάγονται οι προδιαγραφές για το 10 Gbps Ethernet. 58

Ethernet Φυσικό Στρώμα-2/2 Οι Ethernet διασυνδέσεις κατηγοριοποιούνται κυρίως με κριτήριο στις εξής 3 κατηγορίες: την ταχύτητα μετάδοσης. τον τύπο του μέσου μετάδοσης. την κωδικοποίηση και εν γένει την οργάνωση της μετάδοσης της πληροφορίας. 59

Ethernet Ονομασίες Οι διαφορετικοί τύποι φυσικής διασύνδεσης Ethernet έχουν μια ονομασία η οποία αποτελείται από τα εξής τρία στοιχεία : έναν αριθμό ο οποίος είναι ενδεικτικός της ταχύτητας μετάδοσης σε Mbps π.χ. 10, 100, 1000. τη λέξη BASE η οποία καταδεικνύει ότι τα μεταδιδόμενα σήματα είναι βασική ζώνης. ένα ή περισσότερα γράμματα τα οποία είναι ενδεικτικά του φυσικού μέσου που χρησιμοποιείται π.χ. Τ για τα UTP καλώδια ή F για τις οπτικές ίνες. 60

10Mbps Ethernet Τεχνολογίες Οι 10 Μbps Ethernet τεχνολογίες αποτελούν τις αρχικές εκδοχές των Ethernet συνδέσεων και θεωρούνται πλέον απαξιωμένες. 10Base5: χονδρό ομοaξονικό καλώδιο κοινού δρόμου (bus) Half Duplex 10Base2: λεπτό ομοaξονικό καλώδιο Half Duplex 10BaseT: UTP Καλώδιο με χρήση 2 ζευγών Half/Full Duplex 61

10BaseT Ethernet H 10BaseT διασύνδεση χρησιμοποιεί 2 ζεύγη από τα 4 ζεύγη καλωδίων του UTP καλωδίου (CAT3 ή καλύτερη) Η σύνδεση των καλωδίων στον RJ-45 πριζάκι έχουν ως εξής: Cisco 62

100Base Ethernet Τεχνολογίες (Fast Ethernet) Οι 100 Μbps Ethernet τεχνολογίες διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: 100BaseΤΧ: CAT5 UTP καλώδιο με τη χρήση 2 ζευγών 1 ζεύγος για εκπομπή 1 ζεύγος για λήψη Half/Full Duplex 100BaseFX: 2 πολυρυθμικές οπτικές ίνες 1 οπτική ίνα για εκπομπή 1 οπτική ίνα για λήψη Full Duplex 63

100BaseT Ethernet Οι 100BaseT Ethernet διασύνδεση χρησιμοποιεί τα ίδια ζεύγη καλωδίων με την 10ΒαseT αλλά παρουσιάζει υψηλότερες επιδόσεις λόγω: της αποδοτικότερης κωδικοποίησης της πληροφορίας Της υψηλότερης συχνότητας με την οποία εναλλάσσονται τα σήματα 64

Gigabit Ethernet-1/2 Οι 1000 Μbps Ethernet τεχνολογίες διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: 1000BaseΤ: τουλάχιστον CAT5e UTP καλώδιο με τη χρήση 4 ζευγών Half/Full Duplex 1000BaseLX: 2 πολυρυθμικές ή μονορυθμικές οπτικές ίνες 1 οπτική ίνα για εκπομπή 1 οπτική ίνα για λήψη Full Duplex 1000 BaseSX: 2 πολυρυθμικές οπτικές ίνες 1 οπτική ίνα για εκπομπή 1 οπτική ίνα για λήψη Full Duplex 65

Gigabit Ethernet-2/2 Cisco 66

Τέλος Ενότητας