IT_420 Komunikační technologie a služby

Transkript

1 KIT VŠE v Praze IT_420 Komunikační technologie a služby Téma 9: Moderní přístupové technologie (xdsl, CATV, PLC) Verze 1.2 Jandoš, Matuška

2 Obsah Digital Subscriber Line (xdsl) Architektura, frekvenční pásmo Druhy xdsl, standardy ADSL Cable TV (CATV) Architektura, frekvenční pásmo Standardy MAC Power Line Communication (PLC) Technologie, principy Problémy Standardy a budoucí vývoj IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 2

3 KIT VŠE v Praze Digital Subscriber Line (DSL) Přenos dat po stávajících drátových telefonních přípojkách

4 xdsl společné vlastnosti xdsl (Digital Subscriber Line) je souhrnné označení pro skupinu příbuzných technologií zajištujících vysokorychlostní digitální přenos po existujících metalických přístupových sítích. Typicky se využívá metalická přípojka uživatele na místní telefonní ústřednu (tzv. poslední míle). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 4

5 xdsl vlastnosti (1) Základní vlastnosti xdsl Technologie pracuje na stávajících metalických rozvodech poslední míle (UTP třídy 3) Současný provoz stávající telefonní stanice s xdsl datovým přenosem Nepřetržité (trvalé) připojení účastníka ( 24 hod denně) Vysoká rychlost připojení, tzv. širokopásmový přenos marketingový pojem vyšší rychlost než standardní telefonní přípojka. Rychlosti cca Mbit/s (viz níže). (Požadavek) platba měsíčním paušálem ( nezávisle na době využívání a objemu dat) Jednotlivé technologie Digital Subscriber Line (ADSL, SDSL, HDSL a VDSL) se liší zejména přenosovými rychlostmi (šířkou přenosového pásma) a symetrií provozu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 5

6 xdsl vlastnosti (2) Rychlosti K uživateli (downstream - D) Od uživatele (upstream - U) Poměr přenosových rychlostí Symetrická technologie, D = U Asymetrická technologie, D > U IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 6

7 xdsl srovnání technologií Typ S/A Rychlost Max. dosah [m] Frekvenční pásmo [khz] IDSL S 144 kb/s HDSL S 1,5 nebo 2 Mb/s 4000, SDSL HDSL2 S Typicky 2 Mb/s ADSL A U: kb/s D: 1,5-8,5 Mb/s Up: Down: 138 1,104 ADSL G.Lite A U: 640 kb/s D: 1,5 Mb/s 5500 Up: Down: VDSL A U: 1,5-2,3 Mb/s D: Mb/s Up: Down: IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 7

8 ADSL Základní koncepce ADSL se vyvinula počátkem 90. let s cílem přeměnit metalické telefonní kabely v širokopásmové přenosové médium Původně byla ADSL určena zejména pro službu Video on Demand, dnes je určena především kpřipojení koncového účastníka (přístupová síť) na Internet. Asymetrická technologie až 8,5 Mb/s downstream (dle počtu kanálů) Až 800 kb/s při upstream (dle počtu kanálů) Vzdálenost cca 2-5 km (dle kvality přípojky). Rychlosti silně závislé na vzdálenosti IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 8

9 ADSL Celková použitá šířka pásma v ADSL je 1,1 MHz. Toto pásmo je rozděleno na 256 kanálů Kanál 0 je využit pro telefonní hovor, dalších 5 kanálů je nevyužito, dva kanály jsou využity pro řízení D a U, 248 kanálů lze (teoreticky) využít pro datové přenosy. V praxi je využitý počet omezen šumy, přeslechy aj. O tom kolik (z 248 kanálů) se využije a jak budou rozděleny pro D a U, rozhoduje poskytovatel ADSL ,1 Frekvence Mhz IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 9

10 ADSL rychlosti Limitní rychlosti (D=8,1 Mbit/s; U=1 Mbit/s dané G.992.1) nejsou poskytovatelem typicky využity. Většinou jsou nabízené rychlosti nižší, např. D=512 Kb/s, U=64 Kb/s. Každý kanál představuje datový tok 6,5 až 50 kb/s. Celková reálná rychlost závisí na délce měděné linky, šumu, kvalitě linky atd. Dalším omezením reálné přenosové rychlosti je, že nynější implementace využívají pouze 8 bitů v rámci kanálu (standard umožňuje přenášet až 16bitů). Reálně lze dosáhnout přenosové rychlosti D okolo 1.5Mbps, což stačí na přenos MPEG-1 videa. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 10

11 ADSL typy modulace Typy modulací v ADSL jsou QAM, CAP a DMT (nejpoužívanější) Modulace DMT (diskrétní multitónová modulace) byla přijata jako standard ANSI v roce 1993 pod označením T To umožnilo vzájemnou kompatibilitu modemu ADSL s přístupovými multiplexory (DSLAM) libovolného poskytovatele Internetu nebo telefonní společnosti. DMT dělí frekvenční pásmo 1,1 MHz na 256 kanálů (FDM) o šířce 4,3 khz. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 11

12 ADSL připojení 1 Místní smyčka (Local Loop) Vysokorychlostní optický spoj Optické vlákno Místní telefonní ústředna Páteřní infrastruktura telekomunikačního operátora Měděná kroucená dvoulinka Strana poskytovatele Strana zákazníka IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 12

13 ADSL připojení 2 Telefonní ústředna Hlasový přepínač hlasové služby Splitter Telefonní vedení NID Splitter DSLAM datové služby ADSL modem Strana poskytovatele K poskytovateli Internetu (ISP) Strana zákazníka IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 13

14 ADSL připojení (3) Strana zákazníka: NID (Network Interface Device) ukončení telefonní sítě Splitter prvek (analogový flitr) oddělující telefonní signál a datový signál ADSL modem (typicky externí), připojený na Ethernetovou kartu či USB počítače IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 14

15 ADSL připojení (4) Strana poskytovatele: Splitter viz uživatel DSLAM (Digital Subscriber Line Acces Multiplexer) obsahuje zařízení obdobná ADSL modemu, na něž navazuje zařízení pro vytváření/rozklad paketů posílaných/přijímaných ze spojení na ISP (typicky ATM). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 15

16 ADSL kvalita služby Propojení DSLAM s ISP (např. s přenosovou rychlostí 2 Mbit/s) je sdíleno N přípojkami => agregační faktor je 1:N (např. 1:50). Pokud je N*D vyšší než rychlost propojení s ISP, pak nastává tzv. overbooking V případě současného provozu všech přípojek požadovanou vysokou rychlostí (např. plnou D) je velmi pravděpodobný pokles přenosových rychlostí jednotlivých ADSL přípojek => negarantovaná přenosová rychlost. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 16

17 ADSL - standardy ADSL je standardem fyzické vrstvy. Protokoly používané nad ní závisí na provozovateli. Často je to ATM (neboť řada telefonních společností využívá ATM ve svých páteřních sítích). ADSL standardy: Annex A, B (Full rate ADSL ANSI T1.413 Issue 2) G.DMT (ITU-T G.992.1) G.LITE (ITU-T G.992.2) G.hs (ITU-T G.994.1) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 17

18 ADSL výhody Výhody ADSL Efektivní využití realizovaných telefonních rozvodů pro další služby Stálé připojení (k Internetu) neblokující telefonní hovory s rychlostí vyšší než ISDN Do budoucna možnost rozšířené funkcionality, konvergence datových a televizních služeb Jednoduchost instalace a připojení Možnost paušálního účtování IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 18

19 ADSL nevýhody Nevýhody ADSL Nutnost upravené telefonní ústředny Nutnost dalších investic provozovatele do technologického vybavení sítě, aby bylo možno datové služby poskytovat Limitovaná délka rozvodů od ústředny Overbooking (dle aktuální situace) a s tím spojené omezování přenosové rychlosti Nutný přístup k místním smyčkám je obtížný v dříve monopolních prostředích IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 19

20 ADSL v ČR Od dostupné i v ČR Nutná adaptovaná telefonní ústředna (ne všude dostupné) Typické nabízené rychlosti (D/U): 512/128 či 1024/256 kbit/s Obtíže: Zajištění přístupu alternativních operátorů k poslední míli (Telecomu) za rozumných podmínek (nutná regulace ČTÚ) Stanovení rozumné ceny a rychlostí pro zákazníky Overbooking a skutečná rychlost přenosu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 20

21 xdsl srovnání technologií Typ S/A Rychlost Max. dosah [m] Frekvenční pásmo [khz] IDSL S 144 kb/s HDSL S 1,5 nebo 2 Mb/s 4000, SDSL HDSL2 S Typicky 2 Mb/s ADSL A U: kb/s D: 1,5-8,5 Mb/s Up: Down: 138 1,104 ADSL G.Lite A U: 640 kb/s D: 1,5 Mb/s 5500 Up: Down: VDSL A U: 1,5-2,3 Mb/s D: Mb/s Up: Down: IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 21

22 xdsl technologie (1) ADSL je asymetrické DSL (viz výše). ADSL G.LITE je odlehčená verze ADSL. Maximální přenosová rychlost 1,5 Mb/s v downstreamu je dostačující pro méně náročné uživatele a díky jednoduššímu provedení (u zákazníka bez NID) má větší šanci na rozšíření i do domácností. Dosah až 5,5 kilometru od telefonní ústředny IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 22

23 xdsl technologie (2) R-ADSL Rate-Adaptive DSL Na rozdíl od ADSL je schopna analyzovat stav komunikační linky a jejímu stavu přizpůsobit přenosovou rychlost (kvalita přenosu záleží na délce a na kvalitě telefonní linky vedoucí k ústředně). Technologie IDSL (ISDN DSL) neumožňuje přenášet vedle dat i hlas. Nabízí datový kanál o rychlosti až 144 Kb/s. Pro připojení modemů IDSL je využíván jeden pár vodičů s rozhraním ISDN BRI. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 23

24 xdsl technologie (3) HDSL (High Bit-rate DSL) nabízí symetrické rozdělení přenosového pásma, v obou směrech je přenosová kapacita stejná. Telekomunikační firmy někdy propojují své ústředny mezi sebou pomocí HDSL. Technologie HDSL je nabízena s přenosovou rychlostí 1,544 Mb/s dle T1 (USA) nebo 2 Mb/s dle E1 (Evropa). HDSL vyžaduje na rozdíl od ADSL dva nebo tři páry telefonních vodičů, což se projeví ve vyšší spolehlivosti přenosu dat. HDSL-2 je zjednodušenou verzí HDSL. Využívá pouze jednoho páru metalických vodičů při zachování stejných rychlostí (symetricky 1,544 nebo 2 Mb/s) a pro širší nasazení se jeví zajímavější. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 24

25 xdsl technologie (4) SDSL (Symetric DSL) je symetrická digitální účastnická přípojka, využívá pouze jednoho páru vodičů. Rychlosti se pohybují od 144 do 2 320Kb/s pro každý směr. Typicky 2 Mbit/s pro donwload i upload, nelze současně telefonovat a přenášet data VDSL(Very High Bit-rate DSL) je rychlé asymetrické připojení, frekvenční pásmo až 30 MHz Downstream: od 13 do 52Mb/s, upstream: 1,5-2,3 Mb/s VDSL lze nastavit i pro symetrické přenosy, pak jde o 34 Mb/s v obou směrech. Přenosy lze realizovat prostřednictvím jediného páru telefonních vodičů, proti ADSL na podstatně menší vzdálenost - maximálně cca 1350 m od ústředny. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 25

26 KIT VŠE v Praze Cable TV (CATV) Přenos dat po síti kabelové televize

27 CATV Rozvody kabelové televize (CaTV Cable TV) představují realizovanou síť rozvodů fyzického média do domácností Realizovanou se značnými náklady Původně určenou jen pro službu poskytování televizního vysílání (distribuční, jednosměrná) Po patřičných technologických úpravách je možno toto médium současně využít i pro další datové služby. Přidání obousměrných datových přenosů IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 27

28 CATV architektura sítě Moderní sít CATV je typu HFC (Hybrid Fiber Coax). V páteřní části je tvořena optickými vlákny V koncové části koaxiálními kabely (proto hybridní) Menší rozsah metalické sítě v HFC umožňuje snazší zachování požadavků na kvalitu přenosu (QoS). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 28

29 CATV síť HFC Jádrem sítě je prvek headend zajištující jednosměrné digitální vysílání TV programů do sítě CATV. Kruhovou páteřní optickou sítí jsou na něj připojeny tzv. Distribution HUBy. Zde se přeměňuje digitální signál na analogový. Dále signál vede na optické uzly (Fiber Node), které jsou rozhraním mezi optikou a metalickými kabely. Zuzlů jde signál koaxiálním kabelem přes zesilovače a rozbočovače (splittery) již ke konečným uživatelům. Jeden uzel obsluhuje kolem tisíce uživatelů ( ). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 29

30 CATV síť HFC (bez úprav) Optický kabel Koaxiální kabel Uživatel distribuční HUB uzel TV signál Headend distribuční HUB distribuční HUB uzel uzel IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 30

31 CATV síť s úpravami (1) Pro zajištění obousměrných datových přenosů, které probíhají současně s jednosměrnými přenosy programů TV je nutno HFC síť upravit: Výměnou jednosměrných prvků (zejména zesilovačů) v komponentách sítě za obousměrné Změnou headendu (v zásadě jednosměrného zesilovače/vysílače TV signálu) na CMTS Cable Modem Termination System, který odděluje a slučuje TV přenosy od datových přenosů (ty jsou z/do CMTS přes optický kabel vázány do/z Internetu). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 31

32 CATV síť s úpravami (2) Optický nebo metalický kabel FN Koaxiální kabel Domovní přípojka Distribuční hub FN Koaxiální kabel Fiber Node Koaxiální kabel IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 32

33 CATV síť s úpravami (3) Poskytovatel TV distribuční HUB Fiber node (FN) Uživatel CMTS Headend distribuční HUB FN Poskytovatel Internetu distribuční HUB Optický kabel Koaxiální kabel IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 33 FN

34 CATV využití frekvencí CATV (upravená pro datové přenosy) využívá v zásadě frekvence 0 až 750 MHz. V tomto pásmu (přes drobné rozdíly mezi US a Evropou) jsou v zásadě: Frekvence 5 42 Mhz využity pro datový upstream Frekvence Mhz využity pro datový downstream Frekvence Mhz využity pro TV vysílání IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 34

35 CATV využití frekvencí 2 Pro datové přenosy se vytvářejí v příslušných frekvenčních pásmech přenosové kanály s šířkou pásma 6 (US) či 8 (Evropa) MHz. Downstream kanál (bez soupeření stanic viz. níže), rychlost 27 Mbit/s (při modulaci QAM 64) a velikosti paketu 204 Byte (viz. níže) Upstream kanál (se soupeřením stanic), maximální rychlost 9 Mbit/s (při modulaci QPSK) a velikosti minislotu 8 byte (viz. níže) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 35

36 CATV kabelový modem Pro zajištění datových přenosů je uživatel připojen k síti CATV prostřednictvím kabelového modemu. koax. Kabelový modem Ethernet Rozbočovač nebo přepínač (nepovinný) Koaxiální rozvody variantně též USB rozhraní do sítě poskytovatele IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 36

37 CATV kabelový modem Kabelový modem u uživatele doma : Externí s připojením na počítač prostřednictvím rozhraní Ethernet 10BaseT či přes USB port (nejrozšířenější) Interní modem Softwarové emulace kabelového modemu (náročné). Set-top box - modem je implementován do speciálního zařízení (bez počítače) umožňujícího pouze přístup k Internetu. Všechny informace potřebné pro spojení s CMTS dostává modem ze sítě (informace o maximální přenosové rychlosti, frekvenční pásmo atd.) CMTS do kanálu vysílá kromě dat také služební pakety sloužící k navazování a řízení spojení. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 37

38 CATV kabelový modem, standardizace Standardizace modemů: DOSCIS (verze US, Evropa) nejrozšířenější BVB/DAVIC euromodem (zejména v Evropě, jinak málo rozšířený) Řada provozovatelů CATV využívá nestandardní kabelové modemy, které uživatelům pronajímá (zdroj příjmů). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 38

39 Vlastnost DVB/DAVIC DOCSIS IEEE CATV Upstream modulace QPSK QPSK, 16-QAM QPSK, 16-QAM Downstream modulace QPSK IB 16-, 32-,, 256- QAM OOB 64-QAM nebo 256- QAM 64-QAM nebo 256- QAM Upstream frekvenční rozsah 5-65 MHz 5-42 MHz 5-42 MHz (US) 5-65 MHz (EU) 5-55 MHz (JP) Downstream frekvenční rozsah MHz a/nebo MHz OOB MHz IB MHz MHz (A) MHz (B) MHz (C ) Upstream channel spacing 200 khz, 1 MHz, 2 MHz 200, 400, 800 khz 1.6, 3.2 MHz 200, 400, 800 khz 1.6, 2.6, 6.4 MHz Downstream channel spacing 1 / 2 MHz OOB 6 MHz 6/8 MHz (A) 6 MHz (B) a (C ) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 39

40 CATV - standardizace DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) verze 1.0 (1997) Standard DOCSIS 1.0 byl tvořen především kvůli připojení na Internet, bylo opomenuto poskytování dalších datových služeb (telefonních, či jiných multimediálních). Novější standard DOCSIS 1.1 proto obsahuje i sadu funkcí pro zajištění kvality služeb (QoS). Nejnovější používaná verze DOCSIS je verze DOCSIS 2.0, kde byly zvýšeny přenosové rychlosti především pro upstream (od uživatele) až na 30 Mbit/s. ITU schválila doporučení ITU J.112 až později To je jen malým vylepšením průmyslového standardu DOCSIS. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 40

41 CATV vývoj standardu Standard DOCSIS 1.0 (228 modemů) DOCSIS 1.1 (64 modemů) DOCSIS 2.0 (5 modemů) Vlastnosti Základní standard QoS záruka šíře pásma, záruka rychlosti odezvy Dynamické služby, autentizace a bezpečnost. Zpětně kompatibilní s DOCSIS 1.1 Zvýšení šíře upstream pásma, umožnění symetrické služby Zvýšená odolnost proti rušení a interferenci A- TDMA a S-TDMA, zvýšená účinnost (64 QAM) Širší kanál 6,4 MHz Lepší služby pro hlas, video a data IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 41

42 CATV - standardizace EURO DOCSIS je evropská varianta standardu DOCSIS. Hlavní rozdíl oproti standardu DOCSIS spočívá ve fyzické vrstvě. Používá přenosové kanály s šířkou pásma 8MHz pro datové přenosy v downstreamu a rozšíření pásma pro datové přenosy v upstreamu na 5-65MHz. MCSN DOCSIS platí v Americe a Kanadě. Je založen na přenosu paketů různé délky (oproti ITU J.112). Na propojení modemu a počítače se stejně jako u ITU používá spojení 10Base-T Ethernet. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 42

43 CATV - standardizace DVB / DAVIC euromodem - odlišný standard, využívaný několika poskytovateli CATV v Evropě. Je založen na standardech DVB / DAVIC (Digital Video Broadcast / Digital Audio Video Council) - DVC 2.0 a DAVIC 1.5. Je uzpůsoben pro distribuci digitálního zvuku a videa. K přenosu dat využívá formátu MPEG-2, umožňující pro přenosu komprimaci videa při nezměněné kvalitě. Na rozdíl od DOCSIS pro něj není stěžejní přístup na Internet. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 43

44 CATV přístup k médiu Je řešen rozdílně pro D a U kanály: Na D kanálu (resp. kanálech) není soupeření o přístup k médiu, neboť na něm je pouze jeden vysílač (headend). Na U kanálu (resp. kanálech) je soupeření o přístup ke kanálu/médiu, neboť je na něj připojeno svými počítači více uživatelů. Komunikace mezi kabelovým modemem a CMTS tedy probíhá rozdílně dle směru komunikace: Na downstreamu zapouzdřením rámce do MPEG-2 datagramů Na upstreamu rozdělením rámce na PHY datagramy proměnlivé délky a přidáním kontrolních informací IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 44

45 CATV přístup k médiu (1) V downstream (D) kanálu: Využívá se pevná délka paketu 204 bytů (uživatelská data 184 bytů) a to z důvodů kompatibility s MPEG-2 formátem využívaným pro digitální TV. Formáty na digitálním TV kanálu a D datovém kanálu jsou takto shodné. V upstream (U) kanálu: O přístup k mediu (koaxiální kabel) soupeří typicky několik uživatelů, reprezentovaných svými kabelovými modemy. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 45

46 CATV přístup k médiu (2) V upstream (U) kanálu (pokračování): Požadavek na přidělení přístupu sděluje modem headendu (CMTS), který periodicky přiděluje jednotlivým modemům určitý počet (dle situace) časových přenosových úseků Tzv. minislots jedná se v zásadě o statistické časové multiplexování kanálu TDM s přidělováním od CMTS Po přihlášení modemu mu CMTS též přidělí minislot, kterým může modem vyžádat přenosové úseky. V minislotu lze přenést typicky 8 bytů, konkrétní hodnota je závislá na provozovateli sítě. Jednotlivý U paket lze umístit do jednoho nebo více minislotů. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 46

47 CATV datové přenosy Kabelový modem (shodně jako ADSL modem) zajišťuje trvalé připojení 24 hod bez potřeby navazovat spojení při každém přenosu Všechny datové přenosy v CATV síti jsou z důvodů zajištění bezpečnosti (media v síti jsou většinou sdílena mnoha uživateli) šifrovány v obou směrech. Provozovatelé CATV sítí nabízejí typicky asymetrickou službu kde D > U (jako ADSL), což odpovídá způsobu využívání sítě při přístupu na Internet. Typické nabízené rychlosti (D/U) 256/96 nebo 512/128 kbit/s CATV přenosy představují 1. vrstvu RM OSI. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 47

48 CATV - trendy Snižování cen technologií Cena kabelových modemů klesá (za posledních 7 let cca na šestinu původní ceny) Zvyšování cen služeb Dle poptávky a ekonomičnosti služby pro poskytovatele (zaváděcí ceny byly nízké) Zrychlování Společně se zdražováním, posun k vyšším rychlostem (na minimálních 256 kbit/s pro dowstream) Konvergence služeb Televizní, datové a hlasové přenosy po síti CATV, Videoon-demand... IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 48

49 CATV - shrnutí Výhody Internetu po CATV Efektivní využití již fyzicky realizovaných kabelových rozvodů pro další služby Nabídka rozšířených služeb klientům kabelové televize Kvalitní připojení k Internetu za rozumnou cenu (u nás přes zavedení ADSL prakticky bezkonkurenční) Do budoucna možnost rozšířené funkcionality, konvergence datových a televizních služeb Jednoduchost instalace a připojení (tváří se jako přístupový bod Ethernetu) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 49

50 CATV - shrnutí Nevýhody Internetu po CATV Nutnost existence rozvodů kabelové televize v místě (geograficky je CATV značně omezená síť) Nutnost dalších investic provozovatele do technologického vybavení kabelové sítě, aby bylo možno datové služby poskytovat (ne všichni klienti CATV mohou využívat datové služby!) Otazníky ohledně budoucí existence a provozu s ohledem na finanční problémy provozovatelů CATV Při silném provozu mnoha současných uživatelů na U může dojít k výraznému snížení rychlosti pro daného uživatele. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 50

51 KIT VŠE v Praze Powerline Communications (PLC) Datové přenosy po elektrické rozvodné síti

52 PLC požadavky Rozvodná elektrická síť (silové rozvody Power Line) = velmi hustá síť Požadavky na rozvodnou síť pro zajištění datových přenosů (PLC): Co možná nejrychlejší přenos dat Zachování původní funkce sítě, tj. médium pro přenos elektrické energie Zajištění elektromagnetické kompatibility (nerušit ostatní zařízení a ani se jimi nenechat rušit) Vyhovění stávajícím normám (v ČR zejména normě ČSN EN Signalizace v instalacích nízkého napětí v kmitočtovém rozsahu od 3kHz do 148,5kHz. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 52

53 Rozvodné sítě Přenosové sítě Síť velmi vysokého napětí (400, 110 kv, VVN) Síť vysokého napětí (35, 22 kv, VN) cca kilometry Síť nízkého napětí (400/230 V, NN) stovky metrů Domovní rozvod (230 V) desítky metrů Architektura PLC Není zcela ustálená IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 53

54 PLC přenosové sítě Velmi vysoké napětí (400 kv, 110 kv) Vysoké napětí (35 kv, 22 kv) Nízké napětí (outdoor) (400/230 V) Domovní rozvody (indoor) (230 V) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 54

55 Topologie PLC Základní topologie PLC Základní topologie rozvodné sítě (a tím i výsledné datové sítě PLC) má dvě základní části- síť venkovní (outdoor) a síť vnitřní (indoor). Síť venkovní (Outdoor) sít nízkého napětí Jedná se o úsek od trafostanice k elektroměru v jednotlivých budovách či bytech (poslední míle). Přenos se provádí třífázovým vedením. Využití tohoto úseku je obvykle nezbytné pro zajištění přístupu poslední míle k Internetu (připojením na Inetrnetový přístupový bod u transformátoru do kterého je Internet přiveden jinou technologií). Síť vnitřní (Indoor) domovní rozvody Jedná se o úsek od elektroměru v budově či bytu k jednotlivým zástrčkám 220V ve zdi (někdy se nazývá posledním přístupovým krokem last step ). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 55

56 Topologie PLC U venkovní sítě vliv distributora elektřiny V obou druzích sítí specifické technologické problémy (a tím i různé požadavky na řešení pro PLC): Časová proměnlivost nosiče, závislost na běhu spotřebičů, šum (rušení) se mění s časem. Kvalita kanálů (frekvencí) není stabilní, nelze se spolehnout na úzký rozsah frekvencí. Bezpečnostní pravidla rozvodů (dva vodiče jednofázového rozvodu nesmí být propojeny jinde než v transformátoru) Obtížné oddělení uživatelů, soukromí PLC je sdílené veřejné médium Domovní jističe znamenají významný útlum signálu (zvláště na frekvencích do 1 MHz) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 56

57 PLC přenos signálu Přenos signálu je u většiny implementací realizován pomocí OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing) modulace na nosné frekvence. Celé frekvenční pásmo, je rozděleno na větší počet samostatných kanálů, a v každém z nich se přenáší samostatný signál (tzv. nosná). Průběžně se kontroluje úroveň kvality nosných. Pokud se zjistí velké rušení, tato nosná se přestane využívat. Počet používaných nosných se tak dynamicky mění a tím se mění i přenosová rychlost. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 57

58 PLC přenosová rychlost Přenosová rychlost závisí především na: Frekvenci nosných Úrovni rušení Útlumu signálu Impedanci vedení Způsobu modulace Konkrétní využití přenosového pásma je implementačně specifické IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 58

59 PLC přenosová rychlost Technologie a rychlosti: Frekvenční pásmo 1,5 30 Mhz (celé nebo jeho část) Využívá se OFDM modulace Členění pásma na nosných frekvencí Maximální laboratorní rychlosti 14, 20, 45 Mbit/s Typická maximální praktická rychlost 1 Mbit/s Typický rozsah do 500 m Zajištění bezpečnosti - DES Teoretická maxima (při současném stavu poznání): 100 Mbit/s download 60 Mbit/s upload IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 59

60 PLC - standardizace Homeplug, nezisková asociace společností pro úspěšné zavedení PLC (standardizuje formát rámce, 1. a 2. vrstvu) 1. vrstva: Definuje frekvenční pásmo využívané pro přenos v rozsahu 4,5-21 MHz OFDM podobně jako v bezdrátových nebo xdsl sítích 2. vrstva: Sdílené medium obdoba CSMA/CD Vyšší vrstvy: Nejsou specifikovány, předpokládá se IP (v6) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 60

61 PLC přenosová rychlost Konkrétní poskytování (stav k 4Q/2003): Iberdrola, Španělsko: symetricky 600 kbit/s za cca 1300 Kč/měsíc Velká Británie: symetericky 1 Mbit/s, cca 1400 Kč/měsíc České Radiokomunikace, ČR: pilotní instalace PLC (průmyslové a sídlištní objekty), dosažené rychlosti D=11,5 a U=4 Mbit/s první telemetrické projekty (dálkové odečítání hodnot měřičů elektrické energie apod.) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 61

62 PLC - připojení Připojení PC koncového uživatele PLC na rozvodnou sít (zásuvku 230V) prostřednictvím: Adapteru, na straně PC s rozhranním Ethernet či USB Specifického produktu typu access point či směrovač. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 62

63 PLC možnosti využití (1) Vnitřní síť Propojení dvou či více počítačů v bytě/kancelářích Propojení více místností či sítí v domě Vnější síť Připojení k Internetu (vyžaduje spolupráci s distributorem elektřiny) Konkrétní možné aplikace: Kancelářské systémy menších firem, praktických lékařů, domácích kanceláří (SOHO) Nemocnice, hotely apod. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 63

64 PLC možnosti využití (2) Historické budovy, muzea, galerie, kde je omezena výstavba či přestavba, Levná internetová připojení pro poskytovatele připojení sídlištního typu, Doplnění stávajících pevných sítí do prostor, kde nebyly plánovány, Dočasná řešení pro výstavy, semináře, školení či presentace, Vyřešení potřeby rychlé (okamžité) výstavby sítě. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 64

65 PLC aktuální situace Nová technologie, málo standardů, málo produktů, málo zkušeností, problémy, nedůvěra v technologii Opatrný zájem, testování ze strany energetických společností a koncových uživatelů Dvě oblasti využití (outdoor a indoor) s rychlejším rozvojem v jednodušší oblasti indoor Málo zkušeností z rozsáhlých praktických implementací (zejména outdoor) Různé rozvodné standardy v různých zemí => různá řešení PLC Zájem se liší Velký zájem v Asii, případně ve východní Evropě Rezervovaný postoj v EU a USA IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 65

66 PLC - zhodnocení Výhody Možnost získat rychlé připojení (řádově Mbit/s) až ke každému koncovému zařízení Není nutno budovat novou kabeláž (výhoda zejména pro staré budovy), integrace přenosových médií Pro koncové uživatele rychlé a snadné připojení všude, kde je elektřina IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 66

67 PLC - zhodnocení Nevýhody Řada nejasností (rušení, dosah, kapacity), ne zcela hotová technologie, standardy? Není dlouhodobé praktické ověření náklady/přínosy pro všechny účastníky Zřejmě vysoké počáteční náklady pro provozovatele Postoj distribučních společností? IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 67

68 Optický kabel xdsl CATV Nové médium? Srovnání přístupových technologií Vysoká kvalita přenosu Ano Ne Ano, kde není HFC rozvod Výhody Stabilita spoje Velká přenosová rychlost a šíře pásma Stálé připojení, integrace služeb +- rychlost (dle poskytovatele) Stálé připojení, integrace služeb +- rychlost (dle poskytovatele) Nevýhody Náklady na instalaci přenosových kabelů Přenosy závislé na kvalitě linky, overbooking Sdílené pásmo, špatná garance kvality služby PLC Ne Rychlost instalace, snadné připojení Málo vyzkoušené řešení Podmínky se mění s počtem elektrických a datových zařízení IT_420 Komunikační technologie a služby téma 9 68