QoS IP hálózatok

DQDB (Distributed Queue Dual Bus)

H VMT JP N ˆH PP„

Ez sem skálázható, mert kötött struktúrájú!

(Tanenbaum: 333. o.)

SMDS (Switched Multimegabit Data Service)

Magyarul: kapcsolt többmegabites adatátviteli szolgáltatás.

Sebessége: 45 Mb/s.

Kapcsolók beiktatásával képes több DQDB összekötésére.

Š

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.2. QoS IP hálózatok MPLS

2.2.2. QoS IP hálózatok

Az USA-ban terjedt el az ATM helyett.

Az ábrán látható, hogy a klasszikus IP hálózaton a csomagok útvonala változhat, de általánosságban elmondható, hogy többnyire ugyanarra mennek. Ekkor jött az ötlet, hogy minek értékeljük ki a címeket minden

] Virtual Path) készítünk. A kapcsolás címke szerint (a virtuális útvonal címe szerint) történik.

LSP (Label Switched Path): címke kapcsolt útvonal, a címke az útvonalat jelöli ki, nem a felhasználót; a csomag elé csak az új címkét tartalmazó fej kerül.

Különbségek az ATM és az MPLS között:

- MPLS: dinamikus útvonalkezelés

- ATM: statikus, amíg fel nem bontjuk a kapcsolatot, addig marad az útvonal

- MPLS-ben nincs hívás, az útvonal kijelölés megjegyzi, hogy merre mennek az IP csomagok, és eszerint építi ki az útvonalat

- MPLS: új útvonalhoz csupán egy új címke kell; periodikusan lekérdezi az útválasztókat, hogy mennyire foglaltak, vagy van-e hiba, így alkalmazkodik a hálózathoz, dinamikus útvonalkezelést valósít meg (ellentétben az ATM-mel, amely vagy áramkör vagy permanens áramkör kapcsolású).

Miért többprotokollos?

A fent említett dinamikus útvonalkezelésre pl. az RSVP-t (ReSource reserVation Protocol) alkalmazzák.

‰ címkiolvasási módszereket is kifejlesztettek, így ez ma már nem cél.

- ^{‡H† H}

- VPN (Virtual Private Network, látszólagos magánhálózat) hálózat valósítható meg címkekapcsolt útvonalakkal

a felhasználó is dinamikus, átalány díjas díjszabás.

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.2. QoS IP hálózatok IS, DS

IntServ, IS (Integrated Sevices (IP network))

IS = integrált szolgáltatású IP hálózat, IETF szabvány.

Még csak kísérleti hálózatok léteznek.

Minden egyes TCP, UDP portokhoz tartozó forgalomra, illetve annak útvonalára:

- külön hívásengedélyezést kell kérni

- több vonal egyetlen folyammá fogható össze, ha azonos úton haladnak

-

€{ z y| ! y y  {€y! {

 !  {€y!

(késleltetés, késleltetési ingadozás, csomagvesztés) garantál.

Hátránya:

Nem skálázható ^{" " # $ % & ' ( " # " & & $ ) *+}

célokra alkalmas.

DiffServ, DS (Differenciated Sevices (IP network))

DS = megkülönbözetett szolgáltatású (IP hálózat), szintén IETF szabvány.

*

$,

skálázhatóság volt. Ezzel igyekszik kiküszöbölni az IS hátrányát.

DS tartományokat

- hívásengedélyezés, CAC (Call Admission Control)

- ^{# & -" "$ 0 # #, , " & ' "}

nagyobb sávszélességet az, aki kisebbet fizetett ki.

A CAC történhet:

- elosztott módon

- központosított információtárolásos módon ún. Bandwith Broker (sávszélesség ügynök) segítségével - osztályokba sorolás alapján. (Az IPv4 fejlécben például van egy ToS (Type of Service) érték, mely

kitöltése alapján megtörténhet az osztályba sorolás.)

A határcsomópontok a kisebb várható forgalom miatt képes elvégezni ezen feladatokat.

12 345 6 57 89:7 ;<

7 = >34? @? <? AB

Prioritást kezel a határcsomópontok által megvalósított osztályba sorolás alapján. Sokkal kevesebb feladata

" $ %

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.2. QoS IP hálózatok VoIP

VoIP (Voice over IP)

(Beszédátvitel Internet felett)

Sokféle megoldás létezik, de ami szabvány szinten ki van dolgozva:

- IETF: SIP

- ITU-T: H.323, ajánlás család. (Az ITU-T inkább ajánlásokat és nem szabványt szokott kibocsátani.)

A H.323 ajánlás család:

− ez valósítja meg a hívásengedélyezést

− tartalmaz egy kb. 10 kb/s-os kodeket^{" -" E % % & , ,' ,} csatlakozik), a késleltetés kb. 20 ms

− az átjáró végzi a 2/4 huzalos átalakítást és a visszhangkezelést

− a jitter csökkentésére ^{% -. #"E &D /0 (( , ,}

Multimédiás szolgáltatások az ajánlásban már léteznek, de a gyakorlati megvalósulás még kérdéses.

Multimedia Control Unit ^{-J L I D" ,"# , , 0 , " D " ,"#} szolgáltatás is van. Ezeknek a berendezéseknek a tervezési nehézségét az adja, hogy figyelembe kell venni, hogy itt folyamatosan változik a sávszélesség, míg a beszédnél adott volt.

*T UV U W F & # , E , C

" *T UV U

E

" ( #

berendezésekkel már Magyarországon is léteznek magánhálózatok. Az akadémiai hálózatra (egyetemek, MTA

" , , , (

- a klasszikus IP-ben minden forgalmat beengedünk - a kiszolgálás „best effort”, legjobb szándék szerint történik

- így QoS-t nem biztosít, de ha e-mail-t vagy nagyobb állományokat küldünk, akkor ez nem is fontos

- ^{& , #" , " , $} IP hálózat túlméretezésével lehet általában elfogadható

értéken tartani, ha nem alkalmazunk QoS IP megoldásokat.

TH:

- nem enged be mindenkit, csak annyit, amennyit jól tudunk kiszolgálni

- ^{" , "& C , # ,& "}

- ^{" , ED}

- pénzt kérni azért lehet, amit garantálunk

-

"

$ , ,' ,

Ez nem jelenti azt, hogy TH-ban mindig garantáljuk a QoS-t. Pl.: decemberben péntek délután hirtelen nagy hó esik, és mindenki egyszerre telefonál, hogy elkésik, akkor bedugulhat a hálózat, ugyanis olyan sokan akarják

" " , & "

( " % K " ,

% C ,

"

fogalmazzák meg a TH-ban is.

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.2. QoS IP hálózatok VoIP

*

megoldás: a tartományban ismerni kell a tartomány terheltségét, vissza kell juttatni az útvonalválasztóhoz.

Pl. akadémiai hálózatokban: ingyenes az Internet hozzáférés, de ha megvalósítják a beszédszolgáltatást, az

"

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.3. Mozgó IP hálózatok Földfelszíni mozgó IP hálózatok 2.2.3. Mobil, mozgó IP hálózatok

Földfelszíni mozgó IP hálózatok

GPRS (General Packet Radio System)

Volt róla szó a GSM-nél.

EDGE

A modulációs állapotok számát felemelik, 8 PSK-t alkalmaznak.

Hatásai:

A hatótávolságán kívül csak GPRS-t vagy HSCSD-t nyújt.

Sebességek:

- 384 kb/s: maximum 100 km/órával mozgó egység esetén - 144 kb/s: maximum 250 km/órával mozgó egység esetén

UMTS

- I" J &" K $ D" $

"

% ( # 0

Cél: a nagyobb sebesség ne csak a bázisállomás közelében, hanem az egész cellában valósuljon meg.

Eszköze: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access): azaz szélessávú kódosztásos hozzáférés.

A GSM szabvány TDMA + FDMA alapú hozzáférést biztosít, nagy adathozzáférési sebesség esetén azonban a WCDMA hatékonyabb eljárás.

érzékeny. (Lásd: a kódelmélet tárgy második fele).

Frekvenciasáv közepének névleges értéke: kb. 1950 MHz.

Sebesség:

- 384 kb/s 250 km/h-ig - 2 Mb/s sétáló sebességen

A hatósugár nem csökken annyira, mint az EDGE-ben.

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok 2.2.3. Mozgó IP hálózatok Földfelszíni mozgó IP hálózatok

WLAN-ok

(Wireless LAN, vezeték nélküli LAN)

A szabványosítást leginkább az IEEE végezte 1997 körül.

A szabványok IEEE 802.11x (x = a, b, g, i...) néven kerültek forgalomba, már berendezések is kaphatóak!

Két altípust különböztetünk meg:

Kiépített hálózatok

- rögzített adók vannak, ehhez rádiós úton mozgó egységek csatlakozhatnak - hatósugara: 300 m

teljesítmény ISM sávok közepének névleges értékei

USA 1 W 0,9 GHz 2,4 GHz 5,5 GHz

Európa 100 mW 0,4 GHz 2,4 GHz 5,5 GHz

Ezek a frekvenciasávok úgynevezett ISM sávok (Industry, Scientific, Medical; ipari, tudományos, orvosi), és nem engedélykötelesek.

! "

#$ %& ' (

) ! '* +

frekvenciaugratást vagy „szétkent” spektrumot kell alkalmazni.

A 802.11b szabvány vonatkozik a 2,4 GHz-es sávra. Ezzel ma:

- fizikai rétegben 11 Mb/s

- hálózati rétegben 5,5 Mb/s sebesség valósítható meg.

A 802.11a szabvány az 5,5 Ghz-es sávban dolgozik, itt:

- fizikai rétegben 55 Mb/s

- hálózati rétegben 32 Mb/s a megvalósítható sebesség.

Magyarországon is telepítik, pl.: a Mindentudás egyeteme alkalmából az I épületben, a Ferihegyi és a Budaörsi reptereken, üzletekben, stb.

,-. /0 1

példák mozgó rendszerek sávszélességére, ha nem csak a névleges sávközepet tekintjük:

mozgó állomások bázisállomások

GSM 900 MHz: 890-915 MHz 935-960 MHz

GSM 1800 MHz: 1710-1785 MHz 1805-1880 MHz

ISM 2,4 GHz: 2400-2483,5 MHz

ISM 5,5 GHz: 5725-5850 MHz

Alkalmi („ad hoc”) hálózatok

minden végberendezés egyben útválasztó is!

4 5

Általában Master-Slave (mester-szolga) viszonyok vannak. (Ilyenkor új problémaként jelentkezik a mester esetleges meghibásodása. Pl. tipikus hálózat lehet a hadiiparban egy tank csapat. A mester szerepét játszó tank

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.3. Mozgó IP hálózatok Földfelszíni mozgó IP hálózatok

ETSI (European Telecommunication Standard Institute)

Az IEEE-n kívül az ETSI is kidolgozott egy szabványt WLAN-okra. Ez a HiperLAN (HIgh PErformance

:

$ %&

") 9 $ %& * 2 $ %&

csak aztán az IEEE 802.11a. A 802.11b addigra már nagyon elterjedt, és ez segítette a 11a-t is, így a HiperLAN gyártás eddig még nem indult meg.

Bluetooth („a kékfogú”)

(Ez egy skandináv kezdeményezés, nevét Harald the Bluetooth viking királyról kapta, aki a viking törzseket egyesítette Skandináviában.)

fenntartására szolgál, de az adatforgalomban nem vesz részt) - maximális névleges sebessége 1 Mb/s.

%

3 ! 9 !

szétszórt hálózatról (scatternet). Az összekötést ilyen esetben átjárók (gateway) végzik. Mind a piconet, mind a scatternet alkalmi hálózat.

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok 2.2.3. Mozgó IP hálózatok

Teledesic

E F ) !

3 " " 4

3 "# H

$F F ! 9

alkottak volna globális mozgó számítógép-hálózatot, ez azonban megmaradt a terv szintjén, több okból:

- drága

- ⁵

-

93 ! !

'*

A mai elképzelés ^{3 % F ! 8 5 *E& FF} km), a tervek szerint ez 2005-re készülne el.

A feltöltés 128 kb/s-100 Mb/s közötti sebességgel zajlana, a letöltés pedig 720 Mb/s-mal, álló végberendezések esetén, de felhasználható lenne például a repülésben és a hajózásban is, csomagkapcsolt üzemmódban.

Hátránya, hogy az UMTS azonos sebességet jobb áron biztosít. Lehetnek azonban olyan földrészek, ahová nem érdemes földfelszíni UMTS-t telepíteni; ott a Teledesic egy érdekes megoldás lehet.

2. Technológiai áttekintés 2.2. Számítógép-hálózatok

2.2.4. Összefoglalás

2.2.4. Összefoglalás

Az SzH technológiák három csoportra oszthatóak:

- klasszikus IP alapú hálózatok (pl. Ethernet, lassan kifutja magát), de ez a „legérettebb” technológia

- ^{9 +}

( ! 9 K 5

" ! 9 I

J

3

! 9

!

- QoS IP alapú hálózatok: „éretlen” technológia, sok fejlesztés van.

Az egyes technológiák általában rétegekben épülnek egymásra, pl.:

(Fontos: ez technológiai, nem funkcionális rétegezés!) Itt az optikai hálózat kivételével mindegyik SzH technológia.

% 4+ $ D

) " ! '*

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.1. Hálózatok összekapcsolása

3. Hálózatok felépítésének elvei

Most lássuk, hol tartunk az anyagban:

- eddig: technológia orientált tárgyalás (szubjektív)

- ^{9 K 3 3 ! 9 3 ) *}

és TH-t akár külön-külön, vagy akár vegyesen is összekapcsolhatjuk.

Szolgáltatások és hálózatok

- hordozó szolgáltatás/hálózat (bearer service/network):

- nincs végberendezés

- távszolgáltatás, távszolgáltató hálózat (teleservice):

- van végberendezés

A hálózatok összekapcsolásánál az összekapcsolt hálózatok szolgáltatásait tekintve kétféle összekapcsolás lehetséges:

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.1. Hálózatok összekapcsolása

Az összekötés oka kétféle lehet:

- technológiai eltérés^{K * ! E * 9 * 9 ! 9}

szolgáltató, mégis illeszteni kell ezeket.

2 5

létrehozható hordozó hálózatok, vagy hordozó-távszolgáltató hálózatok között. SDH hálózatok: SDH-ban soha nincs végberendezés), ehhez esetleg társulhat igazgatási eltérés is:

! " #

" $ %& ')( *+ , ' " -"

" # . " 0/

'& #1 -1!" - 23 4"!" -/ ' '+$ " " ,

távszolgáltató hálózat. Abban az esetben, ha kimegy egy adatszolgáltatás formájában a felhasználóhoz, de már

-" $ %& ' " #" . 5 '! & # '

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.1. Hálózatok összekapcsolása

- vagy hasonlóan az IPv6 hálózat várható bevezetésénél is, az IPv4 és IPv6 hálózatok illesztésénél. IPv6

; 7! + # ; # :! " " '

2. Komplikáltabb példa: másodlagos adatátvitel Matáv és Vivendi ügyfél között.

Tegyük fel, hogy modemmel szeretnénk összekapcsolódni egy másik felhasználóval, aki azonban a Vivendi

" #. " '

meg: az SDH hálózat hordozó szolgálatot nyújt a PDH-nak. Ezután a Matáv PDH hálózata össze van kapcsolva

=F " ,

eltérés van, így a fenti példában a hierarchikus és egyenrangú összekötések kombinációja adja a megoldást.

= - -"

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.2. Hálózatok elemei

3.2. Hálózatok elemei

- fizikai rétegben beszélünk a fizikai hálózatról

- adatkapcsolati réteg: pl. hogy helyezkednek el a MPX-ek. Ilyenkor egy MPX egy csomópont.

- hálózati rétegben: forgalmi vagy logikai hálózatról.

A fizikai és a forgalmi hálózat között például az a különbség, hogy a logikai hálózat kizárólag a hálózati

mennek. Ezt illusztrálja az alábbi ábra:

H

a négy oldala mentén ásunk árkokat, és az átlókhoz tartozó vezetékeket is ezekben az árkokban vezetjük el.

A továbbiakban a hálózati réteghez tartozó forgalmi hálózat elemeit definiáljuk.

Elemek

- csomópontok (node):

- speciális bemeneti és kimeneti csomópontok

- ^{1 " " -" " # ! ' " -" " #$" -"9 #"' '}

- útszakaszok (link):

- egyirányú (szimplex) - kétirányú (duplex)

- hálózati végberendezések (network termination):

- végberendezések (terminal unit/equipment)

-

^{" &, '1 9" " ,! " ' B -"$ +$ ' - > - 6( 2 G}

-

^{##"! " ,! " ' B 9C +$> - G}

- hálózati csatlakozó pontok (interface):

- határcsomópont (edge node): rajta keresztül csatlakozik a végberendezés

- ^{" #! A!+ :C + - BA+$" -+ 9" G}

A hozzáférési hálózat ^{B AA"!! -" +$ 'G * ;$ A!+ :C + - ! 7 "$" -9" ! '1 1 7-8< H " #!} csomópontok alkotják a törzshálózatot (core network).

(Megjegyzés: kis következetlenség van ebben a felépítésben: itt az elemeknél bele van értve a végberendezés is a hálózatba, 3.1.-ben nem. Általában beleértjük.)

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.2. Hálózatok elemei

A csomópontok lehetséges funkciói

- jeltárolás

- jel törlése (pl. csomag eldobása)

- jel átalakítása (pl. másolás, vagy valamiféle konverzió) - továbbküldés:

- egyetlen kimeneti útra (egyesadásos, unicast csomópont)

- továbbküldés több kimeneti útra (többesadásos, multicast csomópont) - továbbküldés az összes kimeneti útra (szórt adásos, broadcast csomópont)

A hálózati réteg funkciói

- forgalomirányítás: ha a csomópontok útválasztó képességgel rendelkeznek. (A különbség a

. +$ #+ $; -,E;! ! 7; #!

;! '1 1 ( *+ ," , *; #:

- -9 A!+ :C + -+ '1!! "!! $ #

van szó, melyek egyedül csupán útválasztó képességgel rendelkeznek.)

- torlódásvédelem^{D " - -" ' : 9%; . +$ #+ %" ##" ! + 3 '1 7" " # -," ' 91 - '" #< H *; #:}

- látszólagos áramkör alapú (pl. ATM) - dinamikus útvonal alapú (pl. MPLS)

- összeköttetés-mentes hálózati réteg: pl. IP hálózatok, ahol túlméretezéssel védekeznek a

+$ #: 9;! " ##" - B *

csomagvesztést például magasabb réteg összeköttetéses megvalósításával is ki lehet küszöbölni, de ha a késleltetés egy alacsonyabb rétegben létrejött, azt magasabb rétegben már nem lehet csökkenteni.

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.3. Hálózatok osztályozása

3.3. Hálózatok osztályozása

Felépítés szerint

nincs forgalomirányítás, szórt adásos csomópontok

analóg digitális analóg digitális CaTV interaktív

CaTV

szétosztás azt jelenti, hogy van egy stúdió, és a stúdióból eljuttatjuk a jelet

- több adóhoz^{7 9"8: + ?@ $#% &# / %!&)) !',- $A# + ' +)B*A - 1, 34- 1 -3,7 - % ? '%+; , #7-) * &#) * - ' ""}

osztani. Ezt a példában az Antenna Hungária végzi.

- több kábelfejhez, amelyek a kábelhálózatot táplálják.

(2) A hálózatokban az adók sugározzák a jelet elég nagy körzetekben.

- látszólagos áramkör alapú torlódásvédelem

SzH: összeköttetéses vagy összeköttetés-mentes hálózati réteg, de áramkör mentes akkor is, ha a hálózati réteg összeköttetéses:

- UDP/IP: nincs torlódásvédelem

- ^{? GH IECH # $* "*# -"- 1 # * 0 * - 5- &,-) *#- ' '() ( 7 % 0 !55 ! + ? GH 0 * - 5-&,-) *#- ' '() (}

forgalomszabályozást és hálózati torlódásvédelmet is megvalósít sebességszabályozás révén

- QoS IP: dinamikus útvonal alapú (összeköttetéses hálózati réteg), vagy nincs is útvonalkezelés, de mindig van hívásengedélyezés (CAC).

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.4. Hálózatok funkcionális modellje

Rétegek a hálózat részei szerint

- 1-2. réteg:

- 3. réteg: hálózati határcsomópontok között a hálózat belsejében

- ^{4 : &* - E 1!")2 +0 *) *#- ' '() ( 7 +E$} - 1. réteg: bitalapú kommunikáció - 2. réteg: keret alapú kommunikáció - 3-7. réteg: csomag alapú kommunikáció

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.4. Hálózatok funkcionális modellje

Rétegek funkció szerint

OSI modell Réteg funkciók Internet

hibrid modell

Az OSI modellt számítógép-hálózatok modellezésére dolgozták ki; kb. 12 éve még azt gondolták, hogy az OSI protokolljait fogják használni a számítógép hálózatokban.

(1) Az adatkapcsolati rétegében is lehet nyalábolás/bontás a csomópontok közötti vonalak szintjén.

(2) A szállítási rétegében a nyalábolás több útvonal összefogását jelenti (pl. az MPLS címkekapcsolása felfogható ennek).

Internet modell:

(3) A hálózat elérési rétegben itt címzés is van, ezért ez belenyúlik az OSI hálózati rétegébe.

(4) A szállítási réteg mindkét irányban átnyúlik, lefelé a torlódásvédelem miatt.

TH modell:

de néha még keret vagy bit sincs (pl. tisztán analóg esetben.)

< > I 1/ ) +"

(8) A kapcsolási rétegben a kapcsoló forgalomirányítást és torlódásvezérlést végez.

< > ? 1!"2

) +% '&+;

- ""

- $) :

Részhálózatok:

(10) Nagy kapacitású, tipikusan optikai. Kevés réteget foglal magába, így gyors és megbízható.

(11) Kisebb sebességre képes, PDH kapcsolót is tartalmaz.

(12) Bonyolult, nem megbízható, lassú.

A Tanenbaum könyv a TH-t beleérti a fizikai rétegbe, vagyis a SzH részének tekinti. Mi nem ezt a

3. Hálózatok felépítésének elvei 3.4. Hálózatok funkcionális modellje

) BC#)- & F

/, '

A

% , !"# $%

- ""

- 3

F* "

- 1!"2

) +- A 1,% "2

!&+0% , + '

% ) '

7- 1

- " 3- - ',# 6 ,

'

( 55F* "

-1!"2

) +- A 1,% "2

+ 1

- &+&A 1 '/#- 36 $ '( *# * :

H * " !

/ " CH I H B +"+9 '+9A# % " ( &) # 1!"2

) +% - ', 6, ' B .#) !""D 2 1!"2

) + +"8: 1!"2

) + 5

- "

#

csomópontban a hálózati réteg a legmagasabb réteg. Hogyan modellezzük az alsóbb rétegeket hierarchikus hálózat felépítés esetén?

Az általános szemlélet a szakirodalomban az MPLS-t 2. rétegbeli technológiának tekinti, csak azért, mert az IP réteg alatt van, és az IP 3. rétegbeli protokoll. A TH tárgyban viszont abból indulunk ki, hogy az MPLS forgalomirányítást végez, ami hálózati rétegbeli funkció, tehát az MPLS is és az IP is a 3. rétegben helyezkedi el.

B 7 $* +) B .# 5

- "

- , 3" ' + 1!"2

) + &* - 5

- + G F

% & +"

% $ &!, 3D 2 '* 9- ## *- $ +:

Így a réteghatárok szempontjából a funkcionális szemléletet tartjuk meghatározónak.

Másik példa: Tanenbaum még az 1. rétegbe is leviszi az TH kapcsolót. Erre utaltunk, amikor azt mondtuk, hogy a TH-t a SzH részének tekinti, a lényegében a fizikai réteg közegének.

Tanulságok

Az OSI modell funkcionális, így homogén technológiájú számítógép-hálózatok modellezésére alkalmas.

Távközlésben ez a szemlélet az említett ellentmondások miatt nem terjedt el minden hálózatra.

3- ";6 ' $- 7 1

% 3 ( 5 5 - A 1

,%

"2

+- #- *, # $

* " ,- ' +) - 3- # &*- - '

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények

vett jelnek nevezzük, és ezzel szemben QoS követelményeket támasztunk - mindezek mellett a hálózatban van még további forgalom is, amit háttérforgalomnak (background

traffic) nevezünk.

követelmények, akkor az új forgalmat nem engedjük a hálózatba.

(A jelek és az általuk hordozott információ típusai.) Analóg: - digitális jel analóg csatornán - tápáram (távtáplálás esetén)

- jelzés (signaling) (pl. analóg tárcsázás)

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.1. Beszédátviteli követelmények

4.1. Beszédátviteli követelmények

aránya kb. 60% legyen; kicsit pontosabban 55-78%. (Ennyi elég, mert a nyelv elég redundáns, és az agy sokszor

sávszélességét a 0,3-3,4 kHz-es tartományban korlátozzuk, miközben a többi, alábbiakban felsorolt

!! "

! #$! %&! '( %" ! & $ *)

Csillapítás

A szabadtéri közvetlen kommunikáció során a távolság négyzetével arányosan csökken az érzékelt

+

száj és a mikrofon között, ezért az akusztikus csillapítást a beszédátviteli rendszerekben valósítják meg mesterségesen kb. 30-40 dB-es csillapítással. (A csillapítás a 2/4 huzalos átalakításnak amúgy is természetes

";2! "

Csillapítás ingadozás alatt a csillapítás változását értjük a frekvencia függvényében. Két tipikus érték:

- sávközépen (1020 Hz) maximum 2 dB lehet - sávszélen akár 15 dB is.

- áthallás két áramkör között - ²

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.1. Beszédátviteli követelmények

Késleltetés

Az egyirányú késleltetés nem haladhat meg:

- 250 ms-ot, ha van visszhangkezelés - 12,5 ms-ot, ha nincs visszhangkezelés

Valójában a kétirányú késleltetés számít, de az egyirányút szokták specifikálni.

L C2 #$$4 +

választhatunk: visszhangtörlés és visszhang zár. Visszhang zár esetében gondot jelent, hogy ez a megoldás zavarja a másodlagos átvitelt, ezért ezt pl. egy modemes kommunikációban kiiktatják egy automatikus csatorna korrektorral (ún. „sávon belüli jelzés” segítségével.

Példaképpen említjük meg, hogy a GSM beszédkodek késleltetése 20 ms, így itt elengedhetetlen a visszhang kezelés megoldása, vagy emlékezzünk rá vissza, hogy ezt már a VoIP-nél is említettük.)

Késleltetési ingadozás

Amennyiben a frekvencia függvényében²

#

- sávközépen maximum ±30 ms - sáv szélén maximum ±60 ms.

Egy érdekes effektust lehet itt megemlíteni, miszerint, ha egy nagy frekvenciájú jel késleltetése sokkal

"#$! 3 39 # %! &/ "#$ 7

(Ez a jelenség a Számítógép-hálózatok tárgyban „fázisfutás” néven szerepelt.)

Fázistolás

A fázistolási karakterisztikának az alábbi ábrához hasonlóan kell kinéznie:

ingadozás paramétere a fáziskarakterisztika meredeksége.)

0

A frekvencia eltolódás a jel spektrumának az eltolódását jelenti valamelyik irányba:

- beszédnél maximum 20 Hz lehet - ^$15

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.1. Beszédátviteli követelmények

% %! " ! %! " ,

A fázistolás zsugorodása 0,9-szeres, nyúlása 1,1-szeres lehet.

Ez a „nyávogó magnó” esete: a frekvenciák megszorzódnak a multiplikatív frekvencia hibával.

Nemlineáris torzítás

átviteli karakterisztika nem egyenes, a kivezérlési tartomány széle felé elgörbül.

Meg kell jegyezni, hogy a lineáris torzításhoz az nem elég, hogy ez a karakterisztika egyenes legyen, még az is kell, hogy átmenjen az origón!

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.1. Beszédátviteli követelmények

C %! ,#%! 1

#$ 5 4 . 1$ -! ,,

!

4 Krill-faktor értéke maximum 30% lehet.

Ezt a faktort úgy kapjuk, hogy a bemenetre névleges amplitúdójú szinuszos jelet adunk, és megmérjük a

teljesítményét és elosztjuk az alapharmonikusok teljesítményével.

C

kivezérelve alacsony torzítást produkál. Ezekben a berendezésekben a Krill-faktor értéke 0,5-1%.)

A nemlineáris torzítás okai^{B + %&5 $4 % #"5 57 % % , , ". - 1"! !, " 5 5$ -! ,,) C$4 % #"5 57 % !,&! ,$}

teljesítmény 1 mW. Légvezetéken így 1000 km hidalható át.

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.2. Analóg beszédátvitel

4.2. Analóg beszédátvitel forgalmi jellemzése

! ,$ $5 3 % ;4 $ +1,8

alapozunk. (Elméleti alapok: Györfi, Páli: Tömegkiszolgálás informatikai rendszerekben; 60. o., 84-89.o.) A vizsgálathoz sok felhasználót kell tekintenünk, és a vizsgálatot kizárólag a forgalmas órákra kell

$4 ". ! %( %"

szükség, mert sok felhasználó esetén a forgalmi görbe teteje „kisimul”.

C 7

óra. Jelentése: 3 hívás történik óránként.

- ^{= @ @B ), + N ! 6) C 1$ # # ' !E 5 !% %6 #1,#$ ! ,5$4 ,1$ 2 ,8$4 . %$ & # 2 1, 54 82 ,}

0,15 Erlang. Az [Erl] nem dimenzió, csak jelölés; olyan, mint a dB vagy a radián.

C&/ "5 , #! $!

szeretnénk elérni (pl. Bh=0.001). Innen a tömegkiszolgálásból ismert Erlang-formula segítségével a kapcsoló mátrix mérete és a központi hálózat kapacitása kiszámítható. Ez a hálózattervezés egyik alapfeladata.

Eredményként adódhat például az, hogy 10⁵felhasználó esetén a forgalmas órában a forgalom intenzitás

5 ,/ %

"9 +5 &/ ! ,& FG

3vonal. Ekkor a híváskoncentrátorunk 10⁵ bemeneti és 10³ kimeneti vonallal rendelkezik.

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.3. Digitalizált beszédátvitel

Az elvi alapokat az Információelmélet tárgy foglalta össze, a témával a Beszédinformációs rendszerek tárgy

7

Mivel a kodek mindenképpen négyhuzalos rendszerelem, vezetékes hozzáférés esetén 2/4 huzalos átalakításra van szükség, pl.:

- analóg végberendezés esetén: mikrofon és hallgató, 4/2 huzalos átalakítás, 2 huzalos helyi áramkör, 2/4

+ áramkör, 2/4 huzalos átalakítás, helyi központ (teljesen digitális hálózat).

A 2/4 huzalos átvitel részleteit a fizikai réteg tárgyalásakor mutatjuk be.

A GSM mozgó távközlésben a kodek a végberendezésben helyezkedik el, a hálózat teljesen digitális és logikailag végig 4 huzalos.

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.3. Digitalizált beszédátvitel 4.3.1 Beszédkódolók típusai

4.3.1. Beszédkódolók típusai

A beszédkódolóknak (a továbbiakban gyakran röviden csak kódolók) több fajtája is ismeretes:

- hullámforma kódolók (waveform codecs) - ²⁵

- hibrid kódolók (hybrid codecs).

Hullámforma kódolók

akár 16 kb/s-os szükséges sebességet is el lehet így érni.

Vokóderek

A vokóderek másik nagy fajtája a formáns beszédkódolók.

Hibrid beszédkódolók

( 0 #

# # # % % 6# 0

# 7

- CELP (Code Excited Linear Prediction) - RPE (Regular Pulse Excitation)

- VSELP (Vector-Sum Excited Linear Prediction)

(

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.3. Digitalizált beszédátvitel

%HV]pGNyGROyNMHOOHP] L

Bitsebesség

Ez a 2,4 kb/s (LPC-10) és 64 kb/s (PCM) közötti széles skálán változhat.

MOS pontszámai az alábbi ábrán láthatóak:

Látható, hogy a hibrid kódolók jobbak mind a hullámforma kódolóknál, mind a vokódereknél, azonban bonyolultabb megvalósítani azokat. Tehát kicsi (2-4 kb/s) jelátviteli sebesség esetén inkább vokódereket, nagy jelátviteli sebességnél (32-64 kb/s) inkább hullámforma kódolókat alkalmaznak, mivel itt a MOS pontszámok különbsége viszonylag kicsi. A 4-32 kb/s sebességtartományban hibrid kódolókat használnak.

Késleltetés

Az alkalmazott tömörítési algoritmus komplexitásától függ.

- PCM-nél 0,125 ms (mivel meg kell várni, amíg egy PCM keret „összeáll”) - vokódereknél akár 80 ms is lehet.

Érzékenység bithibára

PCM kodeknél ez az érték maximum 10^-4lehet, ez fémvezetékkel és optikai kábellel minden további nélkül megvalósítható. Rádiós átvitellel viszont gondokba ütközünk, hiszen ezen átviteli közeg hibaaránya kb. 10^-3, ami egy nagyságrenddel kisebb a megkívántnál. (Ezt vettük az SDH technológiai hátterénél is).

A megoldást a hibajavító kódolás alkalmazása adja. Ezt a módszert a kódelméletben hibajavító kódolásnak

0) ) # 0

említett témakörökhöz tartozó tárgyakban tanultuk.)

Megjegyzés: a számítógép-hálózatokban általában ARQ-t (Automatic Repeat reQuest, automatikus ismétlés

#

# ! # + ' . ( + ' . 0 0

követelménynek kell megfelelni, vagy más okból nem lehetséges az ismétlés (például multicast, azaz többesadás

# 0

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.3. Digitalizált beszédátvitel

Bonyolultság – komplexitás

Ezt a paramétert több tulajdonság együtt határozza meg. Ezek közül néhány:

-

- az eszköz memória-kapacitás igénye - a kodek chip fizikai mérete - a chip ára

- teljesítmény igény vagy fogyasztás.

( Detector). A beszéddetektor feladata, hogy megkülönböztesse a beszédet a zajtól. Egy ilyen eszköz alkalmazása növeli a kodek komplexitását, viszont csökkenti a teljesítményfelvételét.

Kvantálási zaj

szerepel.) A kvantálási zajból két paraméter is származtatható az alábbiak szerint.

Többszöri kódolás (tandemezés)

Ezt nevezik tandemezésnek, egy tandemezés egy oda-vissza kódolást jelent.

'

. #

0 - ./

% " #

vezették be, így megeshetett, hogy egy jel többszörös tandemezésen esett át:

Az európai PCM-et úgy tervezték meg, hogy egy jelen összesen 13 tandemezést lehessen rajta végrehajtani.

Ez leginkább a bitek számának függvénye, ami így a PCM esetén 8 bit lett.

Meg kell említeni, hogy más PCM kodekek is léteznek, például az Amerikában használatosban nincs külön

nagy területek áthidalására képes. Az így kialakult átviteli sebesség 56 kb/s.

4 bites ADPCM estén az átviteli sebesség 32 kb/s-ra adódik. Ezzel a technológiával 11-szeri tandemezés lehetséges. (Az 1980-as évek közepén jelent meg, digitális.)

A 3,5 bites ADPCM ^{# % # 1 5 0}

Átkódolási probléma

Meg kell említeni az átkódolás problémáját, melyet szintén a kvantálási zajjal lehet jellemezni. Példaképp vizsgáljunk meg egy olyan szituációt, amelyben egy európai GSM hálózatból beszélgetünk egy Amerikában tartózkodó személlyel:

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.3. Digitalizált beszédátvitel

másodlagos adatátvitel esetén hogyan viselkedik.

'

% # 0 7

- PCM, ADPCM, hullámforma kódolók: igaz, hogy ezeket beszédre optimalizálták, de másodlagos adatátvitelre is viszonylag jól használhatók, eléggé transzparens

- vokóderek: teljesen alkalmatlanok, egyáltalán nem transzparensek

- hibrid kodekek: szintén nem alkalmasak másodlagos átvitelre, ezek sem transzparensek - ^{8% / # :% , 6}

adaptívvá válik a jelforrás. (Ilyen adaptivitással

4. Jelátviteli és forgalmi követelmények 4.3. Digitalizált beszédátvitel 4.3.3. Beszédkódoló ajánlások

4.3.3. Beszédkódoló ajánlások

Rengeteg ajánlás született, 1972-98-ig több, mint 21 féle, ezek közül néhányat tekintünk át.

(

# )

ajánlás év típus, elv bitsebesség

[kb/s] MOS késleltetés

[ms]

bonyolultság [MIPS]

ITU-G.711 1972 PCM 64 4,3 0,125 0,34

ITU-G.721 1984 ADPCM 32 4,0 0,125 14

ITU-G.728 1992 LD-CELP 16 4,0 0,625 33

GSM-FR (ETSI) 1989 LTP-RPE 13 3,7 20 2,5

GSM-EFR (ETSI) 1995 ACELP 13 4,0 20 15

ITU-G.729 1995 CSACELP 8 4,0 15 20

ITU-G.729 1995 CSACELP 8 4,0 15 20

In document 7iYN|]O KiOy]DWRN (Pldal 32-0)