Távközlő hálózatok

Távközlő hálózatok

(egyetemi órai jegyzet)

Írták:

Dóbé Péter Groll Bálint Henrik Lakat Máté Nagy András László Nepusz Tamás Varga Edina

Szerkesztették és kiegészítették:

Kovács Benedek Ludányi Zoltán

A tárgyat előadták:

Dr. Henk Tamás (1-6. fejezet) Dr. Cinkler Tibor (7. fejezet)

Dr. Csopaki Gyula és Dr. Ziegler Gábor (8. fejezet) E jegyzetet lektorálták:

Dr. Henk Tamás Dr. Cinkler Tibor BME TTT

BME, Műszaki Informatika szak, 2003.

TARTALOMJEGYZÉK... 0

0. BEVEZETÉS ... 1

0.1. A TTT TANSZÉK... 1

TTT = Távközlési és Telematikai tanszék ... 1

A tanszék elhelyezkedése ... 1

A tanszék szerepe az egyetemi oktatásban... 1

Oktatás-képzés a műszaki informatikus hallgatók számára: ... 1

0.2. TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK (TH) ... 2

Előadók, elérhetőségeik: ... 2

TH oktatási segédanyagok: ... 2

Magyar nyelvű irodalom:... 2

TH követelmények:... 2

TH célkitűzése: ... 3

Tárgy jellege: ... 3

A tárgy felépítése ... 4

Kapcsolódó tárgyak: ... 5

1. INFORMÁCIÓKÖZLŐ HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE ... 7

1.0. BEVEZETÉS... 7

Az egyszerű hálózati modell ... 7

1.1. ALAPTECHNOLÓGIÁK FEJLŐDÉSE... 8

Az intelligencia megvalósításának lehetőségei ... 8

Hosszútávú, nagy kapacitású memóriák ... 8

Átviteli utak ... 8

1.2. HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE VILÁGSZERTE... 9

1.2.1. Elektronikus hálózatok fejlődése ... 9

Mai helyzet világszerte ... 9

Mai helyzet Nyugat-Európában ... 10

1.2.2. Modellezés – logisztikai görbe... 11

1.2.3. Gazdasági hatások... 13

1.2.4. Fejlődés – recesszió:... 14

Tőzsdei hatások (USA) ... 14

Tőke kivonás hatása (EU, lásd később) ... 14

A két hatás eredménye ... 14

1.3. TH FEJLŐDÉSE MAGYARORSZÁGON... 15

1.3.1. 1938-ig... 15

Szolgáltatás ... 15

Ipar... 15

Kutatás és fejlesztés ... 15

1.3.2. 1945-90... 16

Szolgáltatás ... 16

Ipar... 16

Kutatás és fejlesztés ... 16

1.3.3. 1990-től... 17

Bevezetés – elnevezések ... 17

Ipar – eleinte ... 17

Szolgáltatás ... 17

Ipar – folytatás ... 18

Kutatás és fejlesztés ... 18

2. IH TECHNOLÓGIAI ÁTTEKINTÉS... 21

2.0. BEVEZETÉS... 21

2.1 TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK... 22

2.1.0. Bevezetés – hálózati síkok... 22

2.1.1. Keskenysávú távközlő hálózatok... 23

Távgépíró hálózat ... 23

Távbeszélő hálózat... 24

2.1.2. Nyalábolási technikák... 25

A nyalábolás ... 25

FDM hierarchiák... 26

TDM hierarchiák ... 26

A PDH hierarchia ... 27

Európai hierarchia:... 27

Amerikai (transzatlanti) hierarchia ... 27

Kétirányú átvitel ... 28

Az órajel előállítása ... 28

Egy tipikus felépítés, a kodek helye... 29

A pleziokron tulajdonság – sebességkiegyenlítés ... 30

Leágaztatás ... 31

2.1.3. Keskenysávú adathálózatok ... 33

Példa: X.25 (PPSDN, Public Packet Switched Data Network) ... 33

Adathálózatok további lehetőségei: ... 33

Másodlagos adatátvitel ... 34

ISDN... 34

2.1.4. Mozgó keskenysávú távközlő hálózatok ... 36

Földfelszíni rendszerek generációi... 36

1G ... 36

2G – GSM (Global System for Mobile communications)... 36

2.5G – GPRS (General Packet Radio System)... 37

Magánhálózatok... 38

Műholdas rendszerek ... 38

2.1.5. Szélessávú távközlő hálózatok ... 39

SONET/SDH ... 39

Technológiai háttér – optikai kábel... 39

Sebességek, szintek... 39

A szinkron tulajdonság ... 40

Leágaztatás, rendezők... 40

Megbízhatóság, skálázhatóság ... 42

SDH és PDH topológia ... 43

Történeti kiegészítő: ... 44

Optikai hálózatok... 45

ATM hálózatok... 45

B-ISDN hálózatok ... 48

IP alapú hálózatok... 48

ATM alkalmazások... 48

Egyéb szélessávú hálózatok... 50

FR (Frame Relay) ... 50

DTM (Dynamic synchronous Transfer Mode)... 50

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop/Line) ... 50

IP/PPP over ATM ... 51

2.1.6. Technológiai összefoglalás – technológiai rétegek ... 52

Réteges modellek... 52

TH technológiák ... 52

2.2. SZÁMÍTÓGÉP HÁLÓZATOK... 53

2.2.0. Bevezető: IP, TCP, UDP ... 53

Hálózati réteg: IP (Internet Protocol)... 53

Szállítási réteg... 53

2.2.1. Klasszikus IP alapú hálózatok ... 54

Ethernet... 54

PPP (Point-to-Point Protocol) ... 54

Vezérjeles sín, gyűrű (Token bus, Token ring) ... 54

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)... 54

FDDI-II... 55

DQDB (Distributed Queue Dual Bus) ... 55

SMDS (Switched Multimegabit Data Service) ... 55

Tehát tartósan életképesnek bizonyultak... 55

2.2.2. QoS IP hálózatok ... 56

MPLS (MultiProtocol Label Switching) ... 56

IntServ, IS (Integrated Sevices (IP network)) ... 57

EDGE ... 60

UMTS ... 60

WLAN-ok... 61

Kiépített hálózatok... 61

Alkalmi („ad hoc”) hálózatok ... 61

Műholdas mozgó IP hálózatok... 63

Teledesic... 63

2.2.4. Összefoglalás ... 64

3. HÁLÓZATOK FELÉPÍTÉSÉNEK ELVEI... 65

3.1. HÁLÓZATOK ÖSSZEKAPCSOLÁSA... 65

Szolgáltatások és hálózatok ... 65

Összekapcsolások ... 65

3.2. HÁLÓZATOK ELEMEI... 68

Elemek ... 68

A csomópontok lehetséges funkciói ... 69

A hálózati réteg funkciói... 69

3.3. HÁLÓZATOK OSZTÁLYOZÁSA... 70

Felépítés szerint ... 70

3.4. HÁLÓZATOK FUNKCIONÁLIS MODELLJE... 71

Rétegek a hálózat részei szerint ... 71

Rétegek adatcsere egységi szerint... 71

Rétegek funkció szerint ... 72

Hierarchikusan együttműködő hálózatok funkcionális modellje ... 73

Tanulságok... 73

4. JELÁTVITELI ÉS FORGALMI KÖVETELMÉNYEK... 75

Jelforrás jellemzői... 75

4.1. BESZÉDÁTVITELI KÖVETELMÉNYEK... 76

A cél... 76

Sávszélesség ... 76

Csillapítás ... 76

Csillapítási ingadozás ... 76

Jel/zaj viszony... 76

Késleltetés... 77

Késleltetési ingadozás... 77

Fázistolás ... 77

Frekvencia eltolási hiba ... 77

Multiplikatív frekvencia hiba... 78

Nemlineáris torzítás ... 78

4.2. ANALÓG BESZÉDÁTVITEL FORGALMI JELLEMZÉSE... 80

4.3. DIGITALIZÁLT BESZÉDÁTVITEL... 81

4.3.1. Beszédkódolók típusai... 82

Hullámforma kódolók... 82

Vokóderek ... 82

Hibrid beszédkódolók ... 82

4.3.2. Beszédkódolók jellemzői ... 83

Bitsebesség ... 83

Szubjektív beszédminőség ... 83

Késleltetés... 83

Érzékenység bithibára... 83

Bonyolultság – komplexitás... 84

Kvantálási zaj... 84

Átlátszóság – transzparencia... 85

Választható bitsebesség ... 85

4.3.3. Beszédkódoló ajánlások... 86

4.4. KÖVETELMÉNYEK DIGITÁLIS CSOMAGKAPCSOLT HÁLÓZATOKBAN... 87

Jelforrások jellemzése... 87

Minőség jellemzése – QoS paraméterek ... 87

Forgalmi és szolgáltatási osztályok... 87

Forgalmi jellemzés adatjelnél ... 88

5.1. 2/4 HUZALOS ÁTALAKÍTÁS... 91

5.1.1. Az átvitel ... 91

Szimplex átvitel ... 91

Duplex átvitel ... 91

A hibrid áramkör... 92

A hálózat... 93

5.1.2. A visszhang ... 94

Visszhangcsökkentés ... 94

Visszhangzár... 95

Visszhang törlő... 95

5.2. DIGITÁLIS JELÁTVITEL ANALÓG CSATORNÁN... 96

5.2.1. Egyenáramú komponens átvitele ... 96

Megoldások a DC komponens átvitelére ... 96

5.2.2. Modulálás ... 97

Szélessávú átvitel... 98

Keskenysávú átvitel ... 98

5.3. FÉMVEZETÉKES ÁTVITEL... 99

5.4. ÁTVITELI KÖZEGEK... 100

5.4.1. Optikai vezetők ... 103

Csillapítás ... 103

A vezeték deformálódása... 104

Ugrás törésmutatójú szál... 105

Torzítások: módusdiszperzió és kiküszöbölése... 106

Kromatikus diszperzió SM típusú szálnál... 107

5.4.2. Vezeték nélküli átvitel ... 108

Elhalkulás ... 108

Élettani hatások... 108

A vezetékes és vezeték nélküli átvitel összehasonlítása... 109

6. ÁTVITELI ÉS KAPCSOLÁSI RÉTEG ... 111

Elvek a hálózati funkciókhoz... 111

6.1 FORGALOMIRÁNYÍTÁS... 112

A forgalomirányítás elemei... 112

6.2 FORGALOMSŰRÍTÉS... 113

Bérelt hálózat ... 113

Kapcsolt hálózat nagy forgalom esetén... 113

Kapcsolt hálózat kis forgalom esetén... 114

6.3 A FORGALOMIRÁNYÍTÁS ELVEI... 115

Hierarchikus forgalomirányítás... 115

6.4. TORLÓDÁSVÉDELEM... 118

Torlódásvédelmi és QoS biztosítási módszerek... 118

Összefoglalás ... 119

7. TH TECHNOLÓGIÁK... 121

7.1. PDH HÁLÓZATOK: PDH + PCM... 121

7.1.1. PCM alapok... 121

7.1.2. E1 Nyalábolás... 122

7.1.3. E2 Nyalábolás... 123

7.1.4. E1 szinkronizálás ... 124

7.1.5. PDH előnyök és hátrányok ... 124

Hátrányok ... 124

Előnyök... 124

7.1.6. Kapcsolás PDH hálózatokban ... 125

Térkapcsolás kapcsolómátrixszal... 125

Térkapcsolás többfokozatú kapcsolóval ... 126

Térkapcsolás blokkolással ... 127

Időkapcsolás ... 127

Időkapcsolás + térkapcsolás... 127

7.2. ISDN... 128

Az ISDN referencia modell ... 128

7.2.1. Az S-busz működése ... 129

Vonali kódolás ... 129

7.3. HOZZÁFÉRÉSI TECHNIKÁK... 132

Beszédsávi modem ... 132

xDSL (Digital Subscriber Line)... 132

Az ADSL működése ... 132

Az ADSL Protokoll szintű elemzése... 133

Kábelmodemek ... 134

FTTx technikák... 134

PowerLine... 134

Ethernet... 134

Mobil hálózat ... 134

7.4. SDH / SONET ... 135

7.4.1. Bevezetés... 135

PDH ... 135

A szabvány ... 135

Topológia... 136

7.4.2. Az SDH nyalábolási hierarchia ... 137

7.4.3. SDH adategységek ... 138

Bevezetés ... 138

Az STM-1-es keret... 139

E4-es PDH folyam továbbítása STM-1-en keresztül ... 144

ATM és IP átvitele... 144

Hátrányok ... 144

Multiservice Switching ... 144

Nagyobb sebességek: VC összefűzés (Concatenation) ... 144

7.5. ATM (ASYNCHRONOS TRANSFER MODE)... 145

Bevezetés... 145

7.5.1. Az ATM jellemzői... 146

Jellemzői... 146

7.5.2. Az ATM műszaki alapjai ... 146

Aszinkronitás ... 146

7.5.3. Az ATM cella ... 147

7.5.4. A B-ISDN referencia modell ... 149

Az ATM réteg... 149

A cella irányítása ... 150

Az összeköttetés forgalmi leírói (forgalom menedzsment) ... 150

Forgalom menedzsment funkciók... 151

Útvonalválasztás ATM hálózatban ... 152

ATM illesztési réteg: AAL ... 152

7.5.5. IP over ATM ... 154

Protokoll beágyazás, RFC 1483... 154

Classical IP Over ATM: RFC 1577, RFC 2225... 154

LANE v1... 154

MPLS (Multiprotocol Label Switching) ... 154

További lehetőségek ... 155

7.6. OPTIKAI HÁLÓZATOK... 156

7.6.1. Eszközök ... 156

Az optikai szál ... 156

Erősítők... 157

Csatolás (iránycsatolók)... 158

Kapcsolók, rendezők... 158

Szűrők... 160

7.6.2. Az optikai hálózatok fejlődése ... 161

Új irányzatok ... 162

8. TÁVKÖZLÉSI SZOFTVEREK... 163

8.1. JELLEMZŐK... 163

8.2. AZ SDL... 164

8.2.1. Az InRes blokkjai ... 164

Kapcsolat-felépítés... 165

Adatátvitel (Information Transfer)... 165

Kapcsolat bontása (Disconnect)... 165

8.2.3. A processzek leírása ... 169

Process Initiator ... 170

Process Responder ... 172

Process Coder_ini (Process Initiator Coder) ... 173

8.3. CORBA ... 174

A CORBA architektúrája... 174

ORB Core feladatai... 174

ORB services ... 174

IDL ... 175

DII (Dynamic Invocation Interface)... 175

Interface Repository... 175

Object Adapter... 175

Szkeleton a szerver oldalon ... 175

Implementation Repository... 175

8.4. ASN.1, TTCN... 176

8.4.1. TÁVKÖZLÉSI SZOFTVEREK RÉSZEI... 176

8.4.2. A különféle FDT-k kapcsolata ... 177

8.4.3. ASN.1 (ABSTRACT SYNTAX NOTATION, NUMBER ONE) ... 178

8.4.4. TTCN... 179

0. Bevezetés

0.1. A TTT tanszék

TTT = Távközlési és Telematikai tanszék

Telematika = Telekommunikáció + Informatika.

A telematika a telekommunikáció és az informatika konvergenciájának eredménye. (A konvergencia az információs társadalom egy fontos fogalma, különböző tudományágak egymáshoz való közeledését, azok egybefonódását írja le. Ezek a területek egyre közelebb kerülnek egymáshoz, a köztük lévő határvonalak elmosódnak, egymás fejlődésére hatással vannak.)

A tanszék elhelyezkedése

- IB II. emelet;

- IE III. emelet, Duna felöli rész - IL I. emelet

- St II. emelet;

weblap: http://www.ttt.bme.hu

A tanszék szerepe az egyetemi oktatásban

A tanszék alapjában véve kibocsátó tanszék, ami azt takarja, hogy a felsőbbévesek oktatásában nagyobb súllyal vesz részt. Nagyjából 100 diplomát bocsát ki évente, mely összeg fedi az informatikus, és a villamosmérnöki diplomákat is. A tanszék intenzív ipari, és nemzetközi kapcsolatokkal rendelkezik.

Oktatás-képzés a műszaki informatikus hallgatók számára:

Eddig:

- Mérés labor Most:

- Távközlő hálózatok

- Beszédinformációs rendszerek (Gordos Géza és munkacsoportja) - Információs rendszerek fejlesztése (Magyar G.)

- Számítógép laboratórium Jövő:

- két informatikus szakirány, melyek frissítés alatt állnak - választható tárgyak

- doktorandusz képzés - kutatás, fejlesztés

0.2. Távközlő hálózatok (TH)

Előadók, elérhetőségeik:

Dr. Henk Tamás, docens: tárgyfelelős, előadó:

TTT, IE348, tel.: 463-4188, (henk@ttt.bme.hu)

Cinkler Tibor, adjunktus: társelőadó, a TH honlap rendszergazdája:

TTT, IE319, tel.: 463-1861, cinkler@ttt.bme.hu Dr. Csopaki Gyula, docens: társelőadó:

TTT

Bock Györgyi, asszisztens, a tárgy adminisztrátora

TTT, IE352 (a TTT postarekeszek is itt találhatók), tel.: 463-2085, bock@ttt.bme.hu

TH oktatási segédanyagok:

- honlap: http://leda.ttt.bme.hu/~cinkler/TavkHal adatlap követelmények

hallgatói jegyzetek 2 évre visszamenőleg, több verzióban - online könyv bizonyos részletei (szerző: Cinkler, Henk)

Magyar nyelvű irodalom:

Ezen könyvek az I épület könyvtárában megtalálhatóak!

- Online könyv, főszerkesztő Lajtha György:

Távközlő Hálózatok és Informatikai szolgáltatások (Telecommunication Networks and Informatics Services)

kiadó: Hírközlési és Informatikai Tudományos Egyesület, HTE, 2002 http://www.hte.hu/onlinekonyv.html

http://www.hte.hu/onlinebook.html

- Géher Károly főszerk.: Híradástechnika - Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 2000 - Andrew S. Tanenbaum: Számítógép-hálózatok, Panem Könyvkiadó, Budapest, 1999 - Hosszú Gábor: Internetes médiakommunikáció, LSI oktatóközpont, Budapest, 2001 - Dárdai Árpád: Mobil távközlés, mobil Internet, Mobil Ismeret, Budapest, 2002

TH követelmények:

Az aláírás feltétele a legalább kettes zh eredmény.

A tanszék honlapján mintakérdések találhatóak a felkészülés segítésére.

ZH:

1. NagyZH – 8. hét: 1 lapnak 2 oldalán, kijelölt helyen kell megválaszolni a kérdéseket, a lényeget kiemelve.

1. PótZH – 10. hét.

Pótlás: a vizsgaidőszak első 3 hetében, vizsgaalkalmakkor.

Számonkérés stílusát ábrába öntve (a piramisok szélessége jelentse a tudásmennyiséget, pl. négyes osztályzat követelményét a hármaséhoz hasonlítva: az okszerű összefüggéseket jobban kell ismerni, különböző anyagrészek közti összefüggés is követelmény, és lexikai tudás is több szükséges.)

Vizsgák típusa:

Írásbeli vizsgára kell számítani, kivételes esetben szóbelire kerülhet a sor. Alapvetően 6 kérdést kell kidolgozni, a Zárthelyi és a Pótzárthelyi eredménye néhány kivétellel nem számít bele a vizsgajegybe.

Ezen kivételek:

- 5* zárthelyi írása esetén általában megajánlott 5 jár az illetőnek - ponthatáron számít a zárthelyi eredménye.

TH célkitűzése:

Számítógép hálózat: (ezentúl SzH): számítógépek összekötésére szolgáló hálózat.

Távközlő hálózat (ezentúl TH): távíró-, távbeszélő hálózat, és ezekből kifejlődő hálózatok.

A kettő együtt: infokommunikációs hálózat, vagy információközlő hálózat (ezentúl TH).

Az alaptárgy felhasználható az infokommunikációs szakmacsoport 4 szakirányában, illetőleg általános ismeretet ad a többi szakiránynak. A tárgyhoz laborképzés is kapcsolódik, ennek az alapképzésben a Mérés labor a képviselője, illetőleg az infokommunikációs szakirányban szakirányos laborok formájában ölt testet, mely 3 félévnyi programozott mérést, szimulációt tartalmaz.

Tárgy jellege:

- leíró jellegű

- okszerű összefüggéseket keres - szemlélet kialakítása + lexika

- ipar, szolgáltatás, gazdaságosság, kutatás, fejlesztés, és a jogi szabályozás szempontjai is megjelennek a tárgyban

- sok új fogalom! 2 vagy 4 nyelven: a fogalom TH-os megnevezése magyarul, angolosan, angolul, illetve a fogalom SzH-os megnevezése. Pl.: telefon (angolos) = távbeszélő (magyar), mobil telekommunikáció (angolos) = mozgó távközlés (magyar)

- előadás látogatása ezért melegen ajánlott - 60% diszciplína, 40% technológiai ismeretek

A tárgy felépítése

Álljon itt egy hasonlat a fizika területéről, mely két különböző tárgyalásmódot szemléltet:

Eszerint, mikor kísérleteket végzünk, és a tapasztalatok alapján állítunk fel a fizikai törvényeket, akkor az indukció módszerét alkalmazzuk; amennyiben pedig a fizikai törvényeink felhasználásával magyarázzuk meg egy fizikai eszköz működését, akkor a dedukció módszerét alkalmazzuk. Példaként lehet említeni a kísérleti fizikát és a villamosságtant, melyek az indukciót használják, dedukciót használ viszont az elméleti fizika, az elméleti villamosságtan, és az elektronfizika.

Lássuk, hogyan adaptálható az ábra az Információközlő hálózatokra:

A technológiaorientált tárgyalásmód az egyes hálózati technológiákat ismerteti, miközben bevezeti az egyes hálózati technológiákban alkalmazott hálózati felépítési elveket; míg a diszciplináris tárgyalásmód a hálózatok felépítési elveit ismerteti, és az elvek alkalmazási példáiként hivatkozik az egyes hálózati technológiákra, vagy az elvek felhasználásával hoz létre újabb hálózati technológiákat.

A SzH tárgyalása inkább diszciplináris, pl. OSI modell:

A Távközlő Hálózatok vegyes tárgyalásmódot fog alkalmazni, az alábbi sorrendekkel:

Kapcsolódó tárgyak:

A legfontosabb:

- Számítógép-hálózatok Alaptudás szinten követelmény:

- Tömegkiszolgálás - Információelmélet - Operációs rendszerek

- (Beszédinformációs rendszerek) - Formális nyelvek

- Fizika

- Digitális technika

1. Információközlő hálózatok fejlődése

1.0. Bevezetés

SzH – Computer Network

TH – Telecommunication Network

A kettő együtt: információközlő hálózat, vagy egyszerűen hálózat, angolul Infocommunication Network, de ez a szó nem használatos Amerikában, szemben az „IT technology” kifejezéssel.

Az egyszerű hálózati modell

Az ábra elemeinek megnevezése a két hálózati elnevezéssel:

TH SzH

távbeszélő készülék;

telephone equipment

számítógép;

computer távbeszélő kapcsoló központ,

röviden: kapcsoló;

telephone switching exchange, röviden: switch

útválasztó;

router

Mindkét elemmel kapcsolatosan általános számítástechnikai igény merülhet fel:

- Boole algebra: alapvető feladat - memória.

A kettőt együtt az intelligencia szóval jellemezzük.

Hagyományosan elmondható, hogy a távbeszélő készülék nem intelligens, viszont a számítógép igen. Ezzel szemben a kapcsoló jóval több intelligenciát tartalmaz, mint egy útválasztó; tehát a SzgH-nál az intelligencia kitolódik a hálózat peremére. A kapcsoló elnevezés az útválasztóval szemben nem jelenti, hogy a kapcsolónak ne lenne útválasztó funkciója.

1.1. Alaptechnológiák fejlődése

Az intelligencia megvalósításának lehetőségei

A Távközlő hálózatokban az eszközök egyik legfontosabb paramétere a megbízhatóság, ezt mindig szem előtt kellett tartani. Egyes technológiák azért nem terjedtek el széles körben, mert ezt nem garantálták.

Elektromechanikus világ: eszköze a jelfogó, relé („relay”), vagy jelfogó logika. Boole algebrát és memóriát ezzel is lehet realizálni, így sorrendi hálózatokat is. Még számítógépet is lehet belőlük építeni (pl.: Kozma László meg is tette.). A központokba építették be, mert a távbeszélő készülékben túl drága lett volna.

Elektroncső: nagy meghibásodási arány, nem játszott nagy szerepet.

Tranzisztor: jobb, mint a cső, de a megbízhatósággal itt is gondok voltak.

Mikroprocesszor: (integrált tranzisztor, vagyis nem egyenként ültetik be) Eleinte itt is voltak bajok a megbízhatósággal, ami a TH-ban nagyon fontos!

(A távközlő hálózatok rendszerint még akkor is működnek, amikor más infrastrukturális szolgáltatások már nem. Például egy áramszünet még fejlett országokban sem szokatlan, míg a telefon majdnem mindig rendelkezésre áll. Ez olyannyira igaz, hogy a szerbiai háború alatt egyes falvakban a rádiót a telefonvezetékben folyó árammal működtették.)

Jelenleg, mikor mikroprocesszor megbízhatósága már jónak mondható, még mindig meleg tartalékkal dolgoznak, tehát ugyanazt a feladatot 2 processzor végzi. A technológia alapvető paramétere a csíkszélesség, mely jelenleg gyártás szinten kb. 120 nm, laborban kb. 70 nm.

Ez a technológia 30 éve exponenciálisan növekszik. Ez vonatkozik az egy lapkára integrálható tranzisztorok számának növekedésére és a vonalszélesség csökkenésére. Mivel a csíkszélesség csökkentése nem mehet minden határon túl, a mikrotechnológia helyét várhatóan a nanotechnológia fogja átvenni. Itt már a molekula belsejében kell vizsgálódni (Schrödinger egyenlet), míg a tranzisztoroknál ez nem szükséges (Maxwell egyenlet).

Laboratóriumi körülmények között már ma is intenzíven kísérleteznek a nanotechnológia eszközeivel. Ipari szinten kb. 2010-re várható a nanotechnológia alkalmazása.

Hosszútávú, nagy kapacitású memóriák

- Morse: papírtekercs - lyukszalag, lyukkártya

- ...és így tovább egészen a ma használatos tárolási módokig (Lásd: operációs rendszerek.)

Átviteli utak

- légvezeték: kb. 10 b/s

- sodort érpár, sodort ér-négyes - rádiós átvitel

- koaxiális vezeték

- optikai vezető: az igazi áttörés, az utóbbi 30-40 év eredménye. Egy időben jelent meg a mikrotechnológiával, mivel mind az optikai szál, mind a mikrotechnológia fontos alap pillére az anyagtisztaság. Előnye, hogy nagy távolságok, akár 100 km is áthidalható vele. Az optikai vezető sávszélessége jelenleg kb. 1 Tb/s (ipari), kb. 50 Tb/s (labor). Elvi határ: kb. 200 Tb/s (a vezeték tulajdonsága), ezt jelenleg: a lassú végberendezések miatt nem lehet kihasználni.

1.2. Hálózatok fejlődése világszerte 1.2.1. Elektronikus hálózatok fejlődése

Ebben az elnevezésben benne foglaltatnak az elektromechanikus hálózatok is. Néhány szabadalom:

1837: Samuel Morse – kézi távíró, Morse ABC 1854: David Hughes – távgépíró

1876: Graham Bell – távbeszélő

1878: Edison, Puskás Tivadar – kézi kapcsolású kapcsoló központ 1889: Almon Strowger – automata kapcsoló

(Megjegyzés: ez az ember egy temetkezési vállalkozó volt, és azért találta fel az automata kapcsolóközpontot, mert egy konkurens temetkezési vállalat vezetőjének felesége ült a kézi kapcsolású központban, így mindig saját férjét kapcsolta haláleset alkalmával.)

Az AT&T (American Telegraph and Telephone) monopólium (Bell nyomán) spontán alakult ki, majd a monopólium ellenes törvények értelmében később kötelezték, hogy az Amerikán kívül használt készülékek gyártását Amerikán kívülre helyezze. Így jött létre az ITT (International Telegraph and Telephone), amely főleg Európában gyártott. Ez volt az első lépés a monopol helyzet megszűntetésére Amerikában, amely egyúttal nagy lökést adott az európai fejlődésnek.

A II. Világháború alatt Európa lerombolta felépített értékeit, a háború a szakemberek kivándorlásával vagy eltűnésével járt, a gyárak és a berendezések jelentős mértékben elpusztultak. Így ismét az USA-ra helyeződött a hangsúly a távközlés fejlesztésében (tranzisztor, tárolt programú vezérlés, PDH, SDH).

Az amerikai dominancia 1980-ig nagyon jelentős volt, és még most is Amerikáé a vezető szerep, de bizonyos területeken (pl. mobil távközlés, ATM, ISDN) Európa előrébb jár. Az 1980-as évek közepén az AT&T-t 7 részre szabdalták („Bell Baby”-k) – egy per miatt – és ma már nem gyárt semmit. A gyártást a Lucent, majd az Avaya vette át.

Mai helyzet világszerte

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Millió darab

Telefon fővonal Mozgótelefon ISDN vonal KábelTV előfizető Internet felhasználó

Forrás: European Information Technology Observatory, 2002, EITO; http://www.eito.com Ami fontos az ábrából:

- vezetékes és mobil metszéspont hol van (2001) - mobil nagyon gyors felfutású

- vezetékes telítődő.

Ami érdekes: az emberek 20%-a használ telefont, 50% soha nem is látott.

1.2.1. Elektronikus hálózatok fejlődése

Mai helyzet Nyugat-Európában

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Millió darab

Telefon fővonal Mozgótelefon ISDN vonal KábelTV előfizető Internet felhasználó GPRS felhasználó WLAN felhasználó

Amit érdemes megfigyelni, hogy Európában megcserélődött az ISDN és a CaTV szerepe. Ezzel kapcsolatosan két dolgot említünk meg.

Az USA-ban régebben a CaTV nem nyújthatott távközlési szolgáltatást és fordítva.

Az ISDN (Integrated Services Digital Network): Európában terjedt el, mivel európai találmány.

1.2.2. Modellezés – logisztikai görbe

Általában a technológiai, társadalmi és természeti képződmények fejlődését egy tipikus fejlődési görbével („életgörbe”) jellemezhetjük. Egy tipikus fejlődési görbe a következő módon néz ki:

Jellemzi a kezdeti exponenciálisan növekvő szakasz, aztán a lineárisan növekvő szakasz, majd a lassú telítődés következik (itt tart például ma a vezetékes távközlő hálózat), és végül az elkerülhetetlen hanyatlás következik. Mindez modellezhető a logisztikai görbével. Ez egy analitikus függvény, melynek vannak szabad paraméterei, így a konkrét problémához illeszthető.

A függvény a következő differenciálegyenletnek tesz eleget:

 ^{( )} 

) ) (

( L t k L t

k dt

t

dL     

,

ahol t az idő és L(t) a terjedelem,  a meredekségi tényező és k a maximális populáció.

Az összefüggésben az L(t) tényező a meredekség kezdeti növekedését fejezi ki, amikor egyre több felhasználónak érdemes igénybe venni a szolgáltatást, mert egyre több felhasználóval lehet kommunikálni. A [k - L(t)] tényező másrészről a telítődést fejezi ki, amikor a meredekség csökken, mert az L(t) értéke közeledik a maximális populációhoz.

A differenciálegyenlet megoldása:

e

m t k

L



 

) 1 (

,

ahol: m a kezdeti feltétel, meghatározása a következő egyenletből lehetséges:

m L k

  ) 1 0 (

.

1.2.2. Modellezés

Az Európai mozgó távközlésre illesztve a görbét, a következő paraméter-értékek adódnak:

(t=0 időpontnak az 1991-es GSM helyzetet véve) k = 415 [millió]; m = 600; L(0) = 0,7; = 0,75/év.

Az eredeti, és az illesztett görbe viszonyát mutatja a következő ábra:

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Millió darab

Ny-Eu. mozgótelefon ellátottsága Logisztikai görbe

1.2.3. Gazdasági hatások

A mostani helyzet: a távközlő hálózatok elterjedtségét a távbeszélő fővonalak számával lehet lemérni. Ez az egy főre jutó GDP függvényében közelíthető lineáris regressziós egyenessel, amely átmegy az origón:

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0 10000 20000 30000 40000

GDP/fő (USD)

1000 főre eső fővonalak száma

Argentína Brazília Dánia Norvégia Nagy Britannia Finnország Japán Franciaország Kína

Magyarország Németország Világ Olaszország Oroszország Románia Spanyolország Svédország USA

A függőleges tengely dimenziója 1000 főre jutó telefonvonalak száma, amit más néven penetrációnak, elterjedtségnek neveznek. Vízszintesen az egy főre jutó GDP-t ábrázoltuk.

Az ábra jelentése, hogy minél nagyobb egy ország nettó összterméke, annál fejlettebbek a távközlő hálózatai.

Magyarország a görbe fölött van, ez kedvező helyzet.

A fejlődést 2 tényező szabályozza:

- az alaptechnológiák hogyan fejlődnek - a fizetőképes kereslet hogyan fejlődik.

A fizetőképes keresletet kétféleképpen is elemeztük:

- hogyan fut fel 1 új szolgáltatás, pl.: mozgó távközlés

- egy olyan szolgáltatás, ami már jól bevált hosszú évek alatt, milyen struktúrát vesz fel a fizetőképes kereslet függvényében.

1.2.4. Fejlődés – recesszió

1.2.4. Fejlődés – recesszió:

Minden gazdasági folyamatra jellemző, hogy a fejlődést időnként recesszió töri meg.

Az információközlő hálózatok recessziója 2000 környékén kezdődött, és két oka van.

Tőzsdei hatások (USA)

A mozgó távközlés gyors fejlődése miatt (kb. 10 év alatt utolérte a vezetékest) a tőzsde túlfutotta magát, a papírérték jobban ment fel, mint ahogy azt a fejlődés később igazolta volna. (Magyarul túlértékelték a fejlődés sebességét.) Az emberek hitelből élnek, a cégek helyzetét a tőzsdén elfoglalt helyük határozzák meg.

Az informatika terén a .com („dot com”) társaságokat érdemes megemlíteni, melyek úgy gondolták, hirtelen meg tudnak majd gazdagodni Internetes szolgáltatásokból. Ellenben a mozgó távközlés fejlődése lelassult, a .com társaságok elbuktak, ez visszavetette a fejlődést – az általános kiábrándulás miatt.

A 2001. szeptemberi események is fékezték a gazdaságot.

Tőke kivonás hatása (EU, lásd később)

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System, egyetemes mozgó távközlő rendszer): ez egy ígéretes technológia, mely vagy ATM gerinchálózatra épülő, IP-vel kombinált, vagy tisztán IP-s („all IP”) megoldással 100 kb/s-2 Mb/s-os hozzáférési sebességet garantál (a sebesség az állomás mozgási sebességétől függ). Az ATM+IP telepítése már folyik, a tisztán IP jellegű megoldást most szabványosítják.

Ez alapvetően egy számítógépes technológia. Árverésen lehetett az ezzel kapcsolatos koncessziós jogokat megvásárolni az államtól. (Az állam eladta a jogot különféle társaságoknak, esetleg időleges jelleggel.) A koncessziós jogok ára néhány európai országban:

Anglia 38,2 milliárd euró Olaszország 12,5 milliárd euró Németország 49,7 milliárd euró

Ezek a pénzösszegek hatalmasak, összemérhetőek Magyarország éves jövedelmével. A cégek hitelt vettek volna fel ezen összegek kifizetésére, de a bankok nem hiteleztek, mert nem látták, hogy a befektetés megtérülne, így végül a pénzt a távközlésből vonták el. Ez a lépés túl korainak bizonyult, hiszen még nem volt érett az UMTS, nem volt rá olyan igény, hogy ez a befektetés megtérüljön. (Alapvetően politikai hiba.)

Meg kell említeni, hogy Japánban már működik az UMTS-nek megfelelő 3. generációs (3G) rendszer, a Deutsche Telecom T-Mobil vállalata pedig éppen most helyezte üzembe az UMTS rendszert.

A két hatás eredménye

Az az előny, amit Európa szerzett a GSM révén Amerikával szemben, szertefoszlott. (Az előny abból származott, hogy amerikai mozgó távközlésre vonatkozó szabvány nem bizonyult olyan sikeresnek, mint a GSM.)

Mindkét földrészen sok termelő egységet leépítettek vagy bezártak, összességében kb. 50%-os leépítésre került sor.

Szerencsére Magyarországot nem érintette jelentősen ez a válság; nálunk nem voltak nagy mértékű leépítések, ugyanis a Magyarországra telepített intelligens termelő egységek (szoftverház, regionális tudásközpont, fejlesztés, kutató labor) világviszonylatban tekintve költség-hatékonyak. A GSM fejlődése nálunk 2000 óta is töretlen.

1.3. TH fejlődése Magyarországon

Három időszakra bontható a fejlődés, a vizsgálatot a szolgáltatás, az ipar, és a kutatás szempontjaiból végezzük.

A szolgáltatás és az ipar fejlettségének összehasonlításánál két összeg összehasonlításáról van szó:

- a szolgáltatásnak van egy szükséglete (mennyi készülék kell a szolgáltatás fenntartásához), ami számszerűsíthető

- ezt vetjük össze az ipar előállításával.

1.3.1. 1938-ig

Szolgáltatás

Lássunk néhány szabadalmat, azok megvalósítását:

feltaláló szabadalom első megvalósítás (USA)

első magyar megvalósítás

Morse 1837 1844 1846 – reformkor vége

Bell 1876 1877

Edison-Puskás 1877 1878 1881 – kiegyezés után

A televízió, ill. rádió elődje, a telefonhírmondó 1893-tól üzemelt, csak Magyarországon. Ez a mai kábel-TV előfutárának tekinthető.

Hamarabb volt távbeszélő központ Budapesten, mint Bécsben!

A telefon elterjedtsége 1938-ban kb. 10% volt, ami a bécsi helyzetnek felel meg, európai összevetésben átlagos.

Ipar

A Tungsram orosz birodalmi szükségletekre szállított.

ITT (International Telegraph & Telephone, az AT&T érdekeltsége) budapesti gyárat telepített Standard néven, mely világszerte kiemelkedőnek számított, ugyanis még az 1950-es években is összesen 12 olyan gyár volt a világon, mely automata távbeszélő központokat gyártott.

A Siemens és a Philips is létrehozott gyárakat Magyarországon.

Kutatás és fejlesztés

Tungsram: magyar tulajdonú gyár, BME, PKI (Posta Kisérleti Intézet, Békéssy György).

1.3.2. 1945-1990

1.3.2. 1945-90

Szolgáltatás

Gyakorlatilag nem fejlődött, mennyiségileg megmaradt, minőségileg nem változott (1-2 digitális központ), az elterjedtség megmaradt 10% körüli értéken.

A nyugati országok embargóval sújtották Magyarországot, hiszen a fejletlen távközlés hátrányt jelentett a hidegháborúban. Az embargós termékekhez csak kis mennyiségben lehetett hozzáférni, pl. a PCM kodek chip és a pontos oszcillátorok is mind COCOM listán voltak (szovjetbarát országba nem exportálható). Mivel nagy mennyiségben nem lehetett megszerezni ezeket a technológiákat, csak egy kis csapat tartotta a lépést a fejlődéssel.

A keleti országok egyébként sem tartották fontosnak a távközlést, tehát még azokat az eszközöket sem alkalmazták a gazdasági fejlettségnek megfelelő mennyiségben, melyek nem voltak embargósak. Számukra a nehézipar fejlesztése volt a lényeg.

Ipar

1945 után az ipart minden téren államosították. Ekkor történt a legendás Standard koncepciós per is, aminek eredményeképpen még Kozma Lászlót is börtönbe zárták.

Magyarország elszakadt a nemzetközi technológiától, így 1990-re 10-15 éves lemaradást ért el. Az ipar mértéke ugyanakkor jelentős volt, (pl.: Videoton, BHG) mely a KGST piacra termelt.

Kutatás és fejlesztés

BME: kezdetben jelentős (Bay Zoltán, Kozma László), majd a tudományos képzésben a hangsúly áttevődött az MTA-ra (Magyar Tudományos Akadémia) a „műszaki tudomány kandidátusa” és a „műszaki tudomány doktora” tudományos fokozatokért, valamint MTA: kutatóintézeteket hoztak létre, pl.:

- KFKI (Központi Fizikai Kutatóintézet) (Simonyi Károly) - SZTAKI (Számítástudományi és Automatizálási Kutatóintézet).

Létrehoztak továbbá ipari kutatóintézetet is:

TKI (Távközlési Kutatóintézet).

Tehát 1945-től jól fejlődött az ipar, majd bár annak volumene tovább bővült, nagy lemaradás jött létre – főleg a szolgáltatás területén.

1.3.3. 1990-től

Bevezetés – elnevezések

Nyilvános hálózat: bárhol, bármikor, bárki számára elérhető, ha meg tudja fizetni, akár a fa tetejére is.

Magán hálózat: intézmények tartják fent, intézményen belül térítésmentes. Pl.: Műszaki Egyetem belső telefonhálózata.

Kapcsolt hálózat esetén mindig valamilyen billentyűzet található a végberendezésen, egy jelzésfolyamat jellemző, mely lebonyolítja a kapcsolatot (felépít, fenntart, lebont; mindez a kapcsolóközponton keresztül).

Bérelt hálózat esetén előre meghatározott időre kibérlik a vonalat, megmondják honnan, hova és meddig.

Hosszú távú bérleti díj van, nincs szükség a kapcsolat felépítésére.

Lehetséges kombinációk: nyilvános kapcsolt, nyilvános bérelt, magán kapcsolt, magán bérelt hálózatok.

Például a BME telefonközpontja kapcsolt magán hálózatnak számít.

Ipar – eleinte

Megszűnt az embargó, de ugyanakkor a KGST is.

Összeomlott a magyar távközlő ipar (150.000 emberből maradt 20.000).

A szakemberek átáramlottak a szolgáltatói szférába.

Szolgáltatás

A szolgáltatás dinamikusan fejlődni kezdett, az emberek és az épületek az iparból a szolgáltatói szférába csoportosultak át.

A szolgáltatáshoz tőkére van szükség, ezt a tőkét elő kellett teremteni valahonnan.

A megoldás: privatizáció, monopol koncesszió.

Eszközök: dereguláció, távközlési törvény módosítása.

Dereguláció: kezdetben volt a Magyar Posta, melyet több lépcsőben felszabdaltak, és végül így alakult:

- MATÁV

- ANTENNA HUNGÁRIA

- MAGYAR POSTA RT.

- HIF (Hírközlési Főfelügyelet, a szabályozás gyakorlati kérdéseivel foglalkozik) - minisztériumi képviselet

- érdekképviseletek.

A Matávot privatizálták, így tudták a tőkét előteremteni ahhoz, hogy a kb. 10%-os elterjedtséget 40%-ra fejlesszék. Hatalmas beruházás volt szükséges: gerinchálózatok, végpontok, kapcsolóközpontok, automatizálás kisebb központokban is, digitalizálás. Ez monopol helyzet nélkül nem térülhetett volna meg. A lemaradás behozásához 6 évre volt szükség, 1992-98-ig megtörtént a kívánt fejlődés, ugyanakkor a befektetés megtérülése is újabb 6 évet vett igénybe. (Tehát a Matáv monopóliuma 1992-2002-ig tartott.)

A Matávon eleinte kb. fele-fele arányban osztozott a Deutsche Telecom és az Ameritech (Bell Baby), majd a Deutsche Telecom megvásárolta az Ameritech részét is, de az állam továbbra is rendelkezik 15%-kal. (Sőt, az állam ún. „aranyrészvényt” birtokol, ami a névértéknél több jogot biztosít számára.)

A monopol koncesszió hatásköre: minden rögzített állomású kapcsolt, nyilvános beszédátvitel a helyi körzetek nagy részére, a helyközi összeköttetések teljes egészére és a nemzetközi összeköttetések mindegyikére.

Így versenyszférában maradt a magán célú hálózat, a nyilvános bérelt beszédátvitel, a mozgó távközlés és az adatátvitel.

Korszerű szolgáltatások:

VoIP (Voice Over IP, IP feletti beszédhang átvitel):

1.3.3. 1990-től

Magyarországon a PanTel próbálkozott meg vele, de felmerült a kérdés, hogy sérti-e ezzel a Matáv monopóliumát. A megoldást az jelentette, hogy a szolgáltatás minőségét mesterségesen le kellett rontani (a HIF döntése), hogy megfeleljen a következő paramétereknek:

- késleltetés 200 ms – sokat kell várni beszéd közben

- csomagvesztés 1% – ez nem okoz komolyabb gondot az érthetőségben - a késleltetés miatt azonban visszhangelnyomást kell alkalmazni.

Az eredmény az lett, hogy kizárólag a nemzetközi mozgó távhívások terén lett létjogosultsága, pl.

PannonGSM +0. (Természetesen a MATÁV ezt látva megemelte az előfizetési díjakat, és ezáltal biztosította a versenyképességét a nemzetközi hívások terén.)

NIIF (Nemzeti Információs Infrastruktúra Fejlesztési program):

1980 óta létezik, a világ élvonalában van ez a hálózat. Ez egy akadémiai IP hálózat, mely intenzíven fejlődik.

Meg kell említeni, hogy VoIP is tervbe van véve. Az állam közvetlenül finanszírozza. (www.niif.hu)

CaTV: A kábeltelevízió szolgáltatók rossz szemmel nézték, hogy míg a Matáv szolgáltathat kábeltelevíziós szolgáltatást, ők nem szállhatnak be a távközlésbe. Ennek hatására döntést hoztak, melynek értelmében a Matáv csak korlátozásokkal szállhatott be a CaTV üzletágba.

Mozgó távközlés:

Jelentős mértékben informatikai feladat is:

- a hívás információkat 5 évig tárolni kell - számlázás valós időben, pl. Domino rendszer

- SMS (Short Message Service, rövid szöveges üzenet szolgáltatás) üzemeltető rendszer.

NMT (Nordic Mobile Telecommunication system): Magyarországon 1991 környékére tehető, analóg rendszer, 450Mhz-en. Európában nagyjából 11-féle rendszer működött, melyek inkompatibilisek voltak.

GSM (Global System for Mobile Telecommunications, digitális mozgó távközlés világszerte):

170 országban üzemel, 470 szolgáltató, 900 illetve 1800 MHz-en.

1993-tól Magyarországon oligopól koncesszió: ma 3 cég uralja a mozgó távközlést.

Magyarország élvonalbelinek számít a GSM szempontjából, például MMS (Multimedia Message Service, multimédia üzenet szolgáltatás – Westel).

Ipar – folytatás

A technológiai lemaradást is be kell hozni, át kell térni az elektromechanikus kapcsolóközpontokról a programvezérelt központokra. Kiépült az arányos ipar.

Rendszerválasztó tender, 1992:

A Matáv pályázatot írt ki a berendezések szállítására: aki nyert, annak Magyarországon ipart kellett telepítenie a szerződésbeli kötelezettsége végett. 2 nyertes lett, a Siemens és az Ericsson. Ugyan a BHG (Budapesti Híradástechnikai Gyár, az államosított Standard gyár utóda) is pályázott, de nem nyert, így ez a vállalat halálát jelentette. A nyerteseken kívül egyéb cégek is telepítettek ipart, pl.: Nokia, Motorola.

Így a magyar ipar ismét fejlődésnek indult. A középvállalati réteg gyakorlatilag hiányzik, ugyanakkor a távközlésben a HW gyártásról a hangsúly áttevődött a SW gyártásra (szoftver házak), hiszen pl. a hívás adatok tárolása komoly informatikai probléma, nem is beszélve arról, hogy kellő adatbiztonságot kell garantálni.

Kutatás és fejlesztés

A 90-es években a hangsúly visszakerült a BME-re, ahová az új felsőoktatási törvénnyel visszahelyezték a tudományos képzést az MTA-tól Ph.D. (Doctor of Philosophy) képzés formájában.

- az ipari TKI (Távközlési Kutatóintézet) leépült, amikor az ipar tönkrement; számos kutatója a BME-n tanít

- MTA kutatóintézetei:

KFKI (Központi Fizikai Kutatóintézet): kivált belőle a Számítástechnikai Rt., ma rendszerintegrátorként prosperál (http://www.kfki.com/hu/csoport/index_tortenet.php)

SZTAKI (Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet) ma is színvonalasan prosperál

Regionális központok, fejlesztő, kutató laboratóriumok jöttek létre, mert a magyar szürkeállományra megérte építeni:

- regionális mérnöki központok - SW házak

- kompetencia központok feladatok támogatására (Compaq)

- innovációs központok: Deutsche Telecom T-Systems RIC (www.t-system-ric.com) - fejlesztőintézetek

- kutató labor.

Példaként lehet említeni az Ericsson kutató-fejlesztő intézetét Lágymányoson, valamint jelentős a Nokia és a Siemens laboratóriuma Budapesten, vagy akár a Deutsche Telecom T-Systems RIC is felhozható példának egy tipikus fejlesztő csapatra (kb. 30 fő). (RIC = Regional Innovation Centre) A recesszió ellenére tovább folyik a kutatás és fejlesztés.

2. IH technológiai áttekintés

2.0. Bevezetés

Miért építsünk hálózatokat?

Különböző információ típusok átvitelére:

- üzenet (SMS, MMS, e-mail, távirat) - (pár)beszéd

- (tömörített) videó - adat.

Eleinte egy adott információtípushoz fejlesztették a hálózatokat, arra pedig a szolgáltatást. Egy adott hálózatot azonban másfaja információk továbbítására is használhatunk, pl. távbeszélő hálózaton modem segítségével adatot lehet átvinni: ezt másodlagos felhasználásnak nevezzük. Ez a szemlélet nagyjából 100 éven keresztül volt meghatározó.

Ezután a hálózatokat többféle információtípus együttes átvitelére tervezték. Egy ilyen integrált hálózat többféle információt is átvihet. Ilyen például az ISDN technológia, mely integrált szolgáltatásokat nyújt.

2.1.0. Hálózati síkok

2.1 Távközlő hálózatok 2.1.0. Bevezetés – hálózati síkok

A távközlő hálózatok felépítése hierarchikus. Régebben több rétegig is felment, manapság az ábrán látható hierarchia van alkalmazásban, mivel a digitális technológiával így gazdaságos hálózatot építeni.

- gerinchálózat: szekunder és primer központok között - hozzáférői hálózat: előfizetők és a helyi központok között

- központ-közi hálózat vagy törzshálózat: helyi központok + primer + szekunder között (Előfizető = subscriber; primer/szekunder központ = primary/secundary exchange.)

Sávszélesség alapján a hálózatokat két csoportba oszthatjuk:

a hálózat típusa rögzített hozzáférés mozgó hozzáférés törzshálózat

keskenysávú 2 Mb/s-ig 64 kb/s-ig 140 Mb/s-ig

szélessávú 2 Mb/s-tól 64 kb/s-tól 140 Mb/s-tól

2.1.1. Keskenysávú távközlő hálózatok

Távíró hálózat

- információ típusa: üzenet - a papírtekercs eltárolható

- a csomópontokban útválasztást kellett megoldani

- probléma: a csomópontokban lévő ütközés következik be, ha ketten azonos vonalat kívánnak használni egyszerre, ezt hívjuk üzenet szintű ütközésnek

A megoldást az üzenetkapcsolás tárol és továbbít (store and forward) elv szolgáltatta: ütközés esetén az egyik üzenetet eltették a fiókba, majd később továbbították, ezáltal létrejött az első üzenetkapcsolt hálózat.

A rendszer teljes mértékben kézi kapcsolású volt, az útvonal-irányítást is kézzel végezték. (Útvonal- irányításra már itt is szükség volt, mivel egy üzenet természetesen több úton is eljuthatott a címzetthez.)

Távgépíró hálózat

- adó: egyszerű lyukszalag olvasó berendezés

- vevő: írógépszerű eszköz, lyukszalagra dolgozott (távgépíró)

Kezdetben kézi üzenetkapcsolást, később valós áramkörkapcsolást alkalmaztak.

Az áramkörkapcsoláshoz fel kell építeni egy áramkört, ehhez tárcsázni kellett, így megjelent a hívás fogalma. A tárcsázás kézi módú volt, és valós áramkörkapcsolt hálózat jött létre. Minden előfizetőnek külön távírószáma volt.

2.1.1. Keskenysávú hálózatok

Hátrányok:

- ütközés léphetett fel hívás szinten (hívástorlódás) - így romlott a hálózat kihasználtsága.

Előnyök:

- gyorsabb átvitel vált lehetővé

- kétirányú kapcsolat: „párbeszédre” is jó - a minőség javult, a kihasználhatóság romlott.

Ez a továbbiakban is jellemző lesz: a minőség és a kihasználtság egymásnak ellentmondó követelményeket támaszt a hálózattal szemben.

Itt jelenik meg a „fairness” fogalma is, miszerint az egyenlő hozzáférési esély biztosítása mellett kell jó kihasználtságot elérni.

Távbeszélő hálózat

Alapvetően kétirányú beszédátvitelre született, ahol egyetlen szempontként az érthetőség szerepel. (Az például nem szempont, hogy felismerhető legyen a beszélgető partner személye is, vagy akár csak a neme).

Ehhez a 0,3-3,4 kHz-es frekvenciasávot kell továbbítani, bár az emberi beszéd ennél nagyobb, 6-7 kHz-ig terjedő sávval rendelkezik. (A fül sávszélessége pedig még ennél is nagyobb: 15-20 kHz-ig is kiterjed.)

A lefoglalt tartomány tehát f = 3,1 kHz. Ezt védősávval egészítették ki a nyalábolás miatt, így csatornánként

f = 4 kHz-es sávszélesség adódott.

A kapcsolóközpont lehet:

- analóg módon megvalósított

- digitális; melyhez a jel digitalizálása szükséges.

Mivel általában a hozzáférői hálózat analóg, és a törzshálózat digitális, így a PCM beszéd kodek a helyi központban található. Ezzel szemben a GSM és ISDN hálózatok esetén a hozzáférői hálózat is digitális, a PCM kodek kitolódik a végberendezésbe. (Ez régebben túl drága lett volna.)

A PCM kodek:

A beszédhang mintavétele f = 4 kHz, emiatt f = 8 kHz-cel kell mintavételezni.

Minden minta 8 biten kvantálódik, így adódik a 64 kb/s-os átviteli sebességigény. Az 1 kb/s átviteléhez szükséges sávszélesség gyakorlatilag nagyjából 1 kHz (bár elméletileg elég lenne 500 Hz is), így adódik az átvitelhez szükséges 64 kHz.

Miért jó az a pazarlás, hogy az eredeti, analóg 4 kHz-es sávszélességű jel helyett a digitális, 64 kHz sávszélességű jelet továbbítjuk, azaz 16-szoros romlást érünk el? Mert így alkalmazhatóvá válik a digitális technika.

A digitális technika előnyei:

- gazdaságos gyártás: nem kell beállítani, hangolni - kicsi a fogyasztás

- ma már jó a megbízhatóság

- amikor nyaláboljuk a jelet bizonyos mértéig a kapcsolás és nyalábolás kombinálható (együtt elvégezhető).

...és hátrányai:

- a beszéd kodek késleltetése további megoldandó probléma

2.1.2. Nyalábolási technikák

Alapvető nyalábolási technológia a multiplex hierarchiák (nyalábolási rangsorok) alkalmazása.

Hálózatok tervezésében két elvet kell egyszerre alkalmazni:

- a demokratikus (egyenrangú) elvet, hiszen alapértelmezésben a felhasználókat egyenrangúként kell kezelni

- a hierarchikus (rangsor szerinti) elvet, mivel ez nagy mennyiségű felhasználó kiszolgálása esetén nélkülözhetetlen.

A nyalábolás

Nyalábolásnál azt használjuk ki, hogy az átviteli közeg sávszélessége nagyobb, mint amit egy csatorna igényel.

Az ábrán látható példában a helyi központba 100.000 vonal fut be, de mivel igen kicsi a valószínűsége, hogy egy időben 1000-nél több vonalra legyen szükség, így a két központ között elég ennyit fenntartani. Ennek a hálózatnak a forgalmi kihasználtsága nagyobb, mint a hozzáférői hálózaté, de sávszélességének kihasználása még mindig nem elég nagy.

A két központ közötti vonalon úgynevezett forgalomsűrítés jön létre.

A központközi vezetékek számának csökkentésére a vezeték többszörös kihasználása, a nyalábolás („multiplexálás”) jelenti a megoldást.

Alapvető nyalábolási módszerek:

- SDM: (Space Division Multiplex, térosztású nyalábolás): egyszerűen vezetékeket összefogunk egy kábelbe

- FDM (Frequency Division Multiplex, frekvencia osztású nyalábolás) - TDM (Time Division Multiplex, időosztású nyalábolás)

- CDM (Code Division Multiplex, kódosztású nyalábolás).

Az ábrán sűrűn szaggatott vonallal jelzett hívás lebonyolítása a következő három lépésre tagolható:

- a hívás engedélyezése (CAC, Call Admission Control), vagy más néven beléptetés

- erőforrások lefoglalása (mindkét kapcsolóban és a központközi hálózaton is szükség van a 4 kHz-es sávszélesség biztosítására, így valós áramkörkapcsolást kell alkalmazni)

- bontás.

Mivel a multiplexerek transzparensek a rendszer szempontjából, nyalábolt esetben is jellemző ez a folyamat. A multiplexerek esetleg annyiban térhetnek el a fenti megoldástól, hogy néhol multiplexálási zajok jelentkezhetnek, ami az ábra felső részén ábrázolt rendszerben nem volt jellemző. A rendszer a demokratikus elvet követi.

2.1.2. Nyalábolási technikák

Általában – mivel nagy mennyiségű felhasználót kell összekapcsolni, és biztosítani kell a rendszer skálázhatóságát – multiplex hierarchiát alkalmaznak: az I. jelenti a primer, a II. a szekunder, III. a tercier multiplexereket.

Előnyei:

- különböző feladatokra azonos (szabványos) építőelemeket lehet használni

- skálázható, területileg szétosztható, így gazdaságosabb megoldás: nem kell minden előfizetőhöz hosszú kábelt kihúzni, lehetővé válik a fokozatos begyűjtés. (Pl. a Műegyetemen a D épületben van az egyetemi központ, míg Ch és I épületekben van kihelyezett fokozat.)

FDM hierarchiák

Ez egy analóg technológia, mára elavult. (Magyarországon 1990-ig ez volt.)

Pl.: 10.000 csatorna nyalábolásához, csatornánként 4 kHz-cel számolva 40 MHz adódik. Mivel hierarchikus felépítésről van szó, minden hierarchiaszinten újabb védősávokat kellett beiktatni, így a számított 40 helyett 60 MHz szükséges a 10.000 beszédcsatorna átviteléhez.

Rengeteg szűrő szükséges a rendszerhez, mert minden multiplex és demultiplex művelethez szűrőkre van szükség. (Az analóg berendezések – mint például a szűrő – előállítása igen drága, mivel hangolni kell őket.)

TDM hierarchiák

Időosztásos, de szintén sávszélesség növekedést eredményez, vagyis ismét a vezeték beszédsávnál nagyobb sávszélességét használja ki.

Például:

- PDH: keskenysávú technika.

- SONET/SDH: szélessávú technika. (később kerül tárgyalásra).

A PDH hierarchia

(Plesiochron Digital Hierarchy, pleziokron digitális hierarchia), 1967, Bell Laboratórium.

A pleziokron szó jelentése: majdnem egyidejű.

Hasonló szavak:

- szinkron – egyidejű - aszinkron – nem egyidejű - pleziokron – majdnem egyidejű A PDH valós áramköralapú rendszer.

Többféle hierarchia létezik: európai, amerikai, japán (USA variáns) és transz-atlanti.

Európai hierarchia:

hierarchia szint 0 E1 E2 E3 E4 E5

névleges sebesség [Mb/s]

0,064

(PCM) 2 8 34

(34>8x4!!!) 140 565

beszédcsatornák

száma 1 30 4×30 = 120 4×120=480 4×480=1920 4×1920 =

7680 szimmetrikus kábel

csavart érpár

koaxiális kábel földfelszíni és műholdas rádió átviteli közeg

fénykábel Az E betű az európai rendszerre utal.

Koaxiális kábel esetén 50-100 km-es szakaszonként kell jelfrissítőt (regenerátort) használni. Megfigyelhető, hogy az igényelt sávszélesség jobban nő, mint azt a csatornaszám-többszöröződés igényelné. Ez a pleziokron tulajdonság miatt van.

A pleziokron rendszerek legnagyobb gerinchálózati sebessége 140 Mb/s, mert koax kábellel ez kivitelezhető, és a PDH gerinchálózatok kiépítésének korában fénykábel még nem létezett, míg a rádiós gerinchálózati megoldás csak kisegítő vagy tartalék jelleggel használták.

Amerikai (transzatlanti) hierarchia

hierarchia szint 0 T1 T2 T3 T4

névleges

sebesség [Mb/s] 0.064 1.5 6 45 274

beszédcsatornák

száma 1 24 4×24 = 96 7×96 = 672 6×672 =

4032 A T betű a „transmission” szóra utal.

Koaxiális kábellel csak T3-at lehet átvinni, ezért lett az amerikai gerinchálózat 45 Mb/s-os.

T4 csak rádiós átvitellel lenne kivitelezhető.

Az Európában használatos rendszer szemmel láthatóan nagyobb sebességű gerinchálózattal működik. A korszerűbb, gyorsabb eszközök tették lehetővé, hogy az európai rendszerben jobban kihasználják a koax kábel adta lehetőségeket, mivel az később került bevezetésre.

Ugyanakkor politikai okai is vannak, hogy különbözik a két rendszer: a CCITT-ben (később ITU-T) leszavazták az amerikai rendszert. (De Gaulle: „Európa legyen az európaiaké!”) Így az európai iparnak kellett előállítania a berendezéseket, és nem az amerikaiak öntötték el kész termékekkel a piacot. Ennek köszönhetően nyert teret több ismert európai távközlési nagyvállalat, pl.: Alcatel, Siemens, Nokia, Ericsson.

Fontos megjegyezni, hogy az európai és amerikai kodek is eltér egy kicsit. Az elsőt „A-törvényű”-nek, a másodikat „-törvényű”-nek hívják. (Lásd: Györfi, Győri, Vajda: Információelmélet, 81-82. o., 2.3. ábra.)

2.1.2. Nyalábolási technikák PDH Kétirányú átvitel

A teljesség kedvéért meg kell említeni, hogy a nyalábolásnál mindkét irányban történő adatforgalmat külön nyalábolják. Tehát míg a hozzáférői hálózatban elég 1 vezeték pár (2 vezeték) a kétirányú kapcsolathoz, a törzshálózatban irányonként van 1 vezeték pár, így az átvitelhez 2 koax (4 vezeték) szükséges.

A később tárgyalásra kerülő leágaztatást is mindkét irányba el kell végezni.

Az órajel előállítása

Az órajel előállításához oszcillátorokat (rezgéskeltőket) kell alkalmazni, melyek szinuszos jelet állítanak elő.

A szinuszos jel bementként szolgál egy komparátornak (túlvezérelt erősítő), melynek kimenetén előáll a négyszögjel:

Az oszcillátor lehet többféle, attól függően, hogy milyen elemekből állítják össze:

pontosság:

- R-C 10^-2

- L-C 10^-3

- kvarckristály 10^-5 - atomi óra 10^-10.

Amikor a PDH-t készítették, még csak a kvarckristály állt rendelkezésre.

A kvarckristály a mechanikai rezgést és az elektromágneses teret képes egymásba átalakítani. A kívánt frekvenciát általában csiszolással állítják be (kb. 5 MHz).

A kvarc azonban idővel öregszik, frekvenciája változik. A kristályokat éppen ezért mesterségesen öregbítik még a gyártás során, így egy kristály előállításának átfutási ideje 9 hónapig is eltarthat. Ezen felül üzem közben állandó hőmérsékleten tartják (aláfűtik ún. „kályházó elektronika” segítségével), mivel az állandó hőmérséklet is növeli a kvarc pontosságát.

Meg kell említeni, hogy még ez a technológia is embargós volt.

Az órajelekkel a következő műveleteket lehet megvalósítani (tranzisztorok segítségével): +, -, ×, ÷.

A frekvenciaszorzás megvalósítása PLL (Phase Locked Loop, fáziszárt hurok) áramkörrel történik, amely VCO-ból (Voltage Controlled Oscillator, feszültségvezérelt oszcillátor) és fázisdetektorból épül fel.

Amennyiben fáziskülönbség alakul ki, akkor a fázisdetektor kimenete megváltozik.

(Lásd: szabályozástechnika.)

A frekvencia itt nyolccal szorzódik, mivel az osztóban a ÷8 művelet lett megvalósítva.

Egy tipikus felépítés, a kodek helye

A jelölt órajelek azonosak, ha azonos számú vonallal vannak megjelölve, például látható, hogy az egymáshoz tartozó hálózati kapcsolók és multiplexerek azonos órajellel vezérelhetőek, hiszen valós fizikai távolságuk kicsi.

A forgalomkoncentrátor feladata, hogy kimenetére az aktív előfizetőket kapcsolja.

Figyeljük meg, hogy a bemeneten 10⁵ vonal van, a kimeneten pedig csak 10³. Erre a forgalmi „tömörítésre”

azért van lehetőség, mert nagyon kicsi az esélye, hogy a bemeneti vonalak közül egyszerre több aktív, mint a rendelkezésre álló kimenetek. Lásd: valószínűség-számítás, tömegkiszolgálás.

A PCM kodek elhelyezkedése a hierarchiában igen fontos kérdés, mivel utána a teljes hálózat lehet digitális.

Központi kérdés, hogy mi az olcsóbb: 10³ PCM kodek analóg csomagkoncentrátorral, vagy 10⁵ PCM kodek digitális csomagkoncentrátorral?

Eleinte a PCM kodeket a kapcsolók és az I. hierarchiaszint (primer központ) közé helyezték, a primer központ bemenetére. Ekkor elég volt órajeleket eljuttatni a I, II, III, IV, hierarchiaszintekre. (Az első multiplexer

2.1.2. Nyalábolási technikák PDH

a kapcsoló elé is elhelyezhető, ha a kodek is előtte van.)

Később áttették a kodeket a kapcsolóközpontok és a forgalomkoncentrátorok közé. Ekkor már kombinálták a kapcsolást és a multiplexelést

A PCM ezután a forgalomkoncentrátor és az előfizetők közé került, a forgalomkoncentrátorba. Így nagyságrendileg több kodekre van szükség, de a forgalomkoncentrátor is lehet digitális!

Egyes rendszereknél, pl. GSM, ISDN természetesen elhelyezhető a beszédkodek az előfizető készülékébe is.

A nyalábolás és útvonalválasztás általában többszintű is lehet:

A pleziokron tulajdonság – sebességkiegyenlítés

Miért kell sebességkiegyenlítés? Mert szabadonfutó oszcillátorok vannak, az időosztáshoz pedig fázisban és frekvenciában is egyeznie kell a jeleknek.

A hierarchiát ábrázoló képen látható, hogy kétféle órajelet jelöltünk. A kétféle jelölés azt szimbolizálja, hogy földrajzilag máshol helyezkednek el a kapcsolóból és primer központból álló egységek, így a távolság miatt nem ugyanaz az órajel jut el hozzájuk. A szürke buborékkal körülvett egység egy szinkron egység (forgalom koncentrátor, kapcsoló, primer központ) elemei földrajzilag közel vannak, ugyanazt az órajelet kapják; a működés szinkron módon történhet. Mivel a II. szintű központoknak különböző földrajzi helyekről érkező, és így különféle órajelű jelek fogadására is késznek kell lenniük (vastag vonallal jelölt becsatlakozások), így történhet meg, hogy nagyobb sebességre van szükség a következő szintű multiplexelt jelnek, mint amit a beszédcsatornák sokszorozódása megkövetelne. (A koaxiális kábelek késleltetése nagyon ingadozó!) Például az E2-E3 szintek között 4-szereződik a beszédcsatornák száma, a szükséges átviteli sebesség pedig több mint 4-szeres lesz (32 Mb/s helyett 34 Mb/s). (Az európai hierarchia szinteken az első szinten 30 bemenetű, a többi szinten pedig 4 bemenetű multiplexerek vannak.)

Látható, hogy a multiplexer minimális órajelét a bemeneten előforduló lehető legnagyobb órajelhez választjuk és még tűrést is hagyunk rá. A nyalábolás után nyert jel „órajelet” viszont – mivel a nyalábolási órajel választja meg – így nem a bemeneti sebességek, hanem a kimeneti sebesség négyszerezéséből adódik. Innen a pleziokron elnevezés, és ez az eredete az átviteli sebesség növekedésének.

A megvalósítás rugalmas tárral lehetséges: