Konvergence komunikačních sítí

Transkript

1 Konvergence komunikačních sítí Ing. Petr Sedlák Tato přednáška je podporována projektem č. CZ.1.07/2.2.00/ "Společné aktivity VUT a VŠB-TUO při ř vytváření obsahu a náplně ě odborných akreditovaných kurzů ů ICT"

2 Konvergence Aneb sbližování (čeho?) Přenosových médií (sítí) Signálů Mobilních sítí Protokolů Služeb Řešení Datových nosičů Myšlení (systémového)

3 Vývoj přenosové rychlosti ke koncovému uživateli První modemy ( 60-tá léta) : 300bit/s Poslední typy modemů : 56kbit/s (90-tá léta používající telekomunikační linku ) První začátky DSL : 256kbit/s (90-tá léta) Současné ADSL: nejčastěji 8Mbit/s (velmi závisí na délce přípojky od DSLAM) Optické přípojky FTTH : 100Mbit/s (současnost)

4 Nároky na přenosovou rychlost účastnické přípojky (text) 30 až 50 kbit/s Telefax G4 16 až 64 kbit/s VoIP 30 až 120 kbit/s Internetové rádio 16 až 128 kbit/s Videotelefon 80 až 250 kbit/s Prohlížení webových stránek 0,2 až 1 Mbit/s Videokonference 0,2 až 2 Mbit/s Internetová t televize 01 0,1 až ž2mbit/ Mbit/s Online hraní her 0,6 až 3 Mbit/s IPTV (SDTV) 3 až 5 Mbit/s IPTV (HDTV) 10 až 20 Mbit/s

5 Přenosová rychlost LAN vývoj Ethernetu Ethernet v praxi: 10 Mbit/s (1990) 10 Mbit/s po vlákně pro Datacentra (1994) 100 Mbit/s (1995) 1 Gbit/s (1998) 10 Gbit/s (2002) 40/100 Gbit/s (2010) 1 TbE plánovaný na rok 2015????

6 Oficiální generace konvergencí (telekomunikační pohled) 1G - digitální i síť integrovaných služeb (ISDN), která je založena na přepojování okruhů 2G - širokopásmová ISDN (Broadband ISDN, B-ISDN), kde je prioritním přenosovým módem ATM 3G - sítě IP, které jsou založeny na přepojování paketů (Internet) 4G NGN (Next Generation Network, NGN) využívající multimediální dílčí systém IP (IP Multimedia Subsystem, IMS).

7 Konvergence Konvergence sbližování (z lat. con-vergere - ohýbat k sobě) Neplést s pojmem Konverze převod (signálu) Konvergenci přenosových médií lze označit za pasivní konvergenci. Přenosovým médiem označujeme přenosovou trasu ve fyzickém Provedení (na fyzické vrstvě ISO/OSI modelu). Konvergenci signálů lze označit za aktivní konvergenci.

8 Pasivní konvergence Konvergence (pasivní) přenosových ř médií se vyvíjela v duchu rostoucích přenosových rychlostí po vítězství digitalizace analogových signálů. Kategorie kabeláží Cat 3 šířka pásma 16 MHz pro 10 Mb/s Cat 5 šířka pásma 100 MHz pro 100 Mb/s Cat 5E - šířka pásma 100 MHz (350 MHz) pro 1000 Mb/s - GE Cat 6 šířka pásma 250 MHz pro GE a 10 GE Cat 6A šířka pásma 500 MHz pro 10 GE Cat 7 šířka pásma 600 MHz Cat 7A šířka pásma 1000 MHz (1200 MHz) x Multimediální kabeláže

9 Pasivní konvergence Multimediální kabeláže - na bázi TP kabelu - na bázi koaxiálního kabelu (MoCa - Multimedia over Coax Alliance) - na bázi optického kabelu (POF - Plastic Optical Fibre, Toslink) MediaTwist UTP kabel, šířka pásma 350 MHz pro data, 550 MHz pro analogový signál Základ pro šíření jakéhokoliv signálu v nekomprimované podobě po jediném kabelu Podpora konektorů - VGA, RCA, F, BNC, Jack 3,5, S-video, HDMI, USB, BAS, Repro terminal - IEC konektor (vestavěný BALUN) pro rozvod TV signál u po UTP kabeláži pomocí zařízení TV HUB (vstup F a výstupy RJ45)

10 Konvergence telefonních rozvodů (separátních, protože pro datový rozvod sloužila nejprve koaxiální kabeláž) a datových rozvodů postavených na kabeláži TP (Twisted Pair kroucená dvoulinka). Telefonní rozvod na TP kabeláži využíval páry využíval páry Cat 3 spojitý analogový signál s šířkou pásma 3,1 khz Datový rozvod na TP kabeláži Cat Cat 3 digitální signál s šířkou pásma (dle normy ANSI/TIA/EIA 568, později ISO/IEC a následně EN 50173) 10 Mb/s Vznik myšlenky strukturované kabeláže, po níž lze současně šířit digitální data a analogový hlas vedl k využívání jediného 4-párového TP kabelu pro oba signály. Protože telefonní rozvod potřebovat pouze 1 pár z kabelu v provedení TP, docházelo k rozpletení kabelu na jednotlivé páry. To však norma nepřipouštěla a nepřipouští.

11 Výchozí stav

12 Konvergovaná IP síť

13 Technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode -Asynchronní přenosový mód) Je/byla l univerzální velmi rychlá digitální i technologie, která vyhovuje nejnáročnějším potřebám přenosu dat mezi počítači, schopna přenášet velmi rychle bloky dat pro multimediální aplikace. ATM není technologií založenou na fyzické úrovni, není závislá na fyzickém přenosovém prostředí. ATM přepíná takzvané ATM buňky (pakety pevné délky 53 B). Technologii ATM lze považovat za kompromis mezi technikami Technologii ATM lze považovat za kompromis mezi technikami přepojování okruhů a přepojování paketů kompromis mezi světem telekomunikací a světem dat.

14 Šířka pásma -standardizovány di jsou rychlosti 155 a 622 Mbps. Tyto rychlosti jsou dostatečné pro většinu multimediálních aplikací používající kompresi. Flexibilita a garance kvality služeb - podpora aplikací s různými přenosovými a komunikačními požadavky (na šířku pásma, zpoždění, chybovost). Umožňuje dynamickou změnu šířky pásma pro každou aplikaci, zatímco spojově orientované služby poskytované ATM mohou rezervovat prostředky k zaručení QoS pro každou aplikaci. Technologie ATM garantuje doručení dat ve stejném pořadí, v jakém byla odeslána, nedokáže však garantovat samotné doručení. Asynchronní přenosy ATM se do referenčního modelu ISO/OSI nedají úplně přesně zařadit (nejvíce se blíží spojové vrstvě). ATM nepřežil ř konkurenční č boj s Ethernetem!

15 Konvergence signálů na IP protokolu - data - hlas (VoIP Voice over IP) - video (IP Cam am) -šíření TV signálu Zařízení pracující na IP protokolu - datové zařízení - IP telefony -IP kamery - IP audio/video zařízení (převodníky, přepínače, extendery) Princip činnosti je postaven na komprimaci signálu a komprimačních protokolech.

16 Komprimace je metodou efektivní reprezentace entace zdrojového signálu v digitálním tvaru nejnižším možným počtem bitů při zachování požadavku přijatelné ztráty věrnosti. Jako zdrojový signál, který potřebujeme přenášet či uchovat, tedy uvažujeme obraz, zvuk nebo video. Využívají ji multimediální sítě pro šíření í - audio (hlas, hudba) -video (VoIP, Cam, TV) - obraz (foto, dokumenty) - data + text

17 Komprimační algoritmy - JPEG (Joint Photographic Experts Group) statické snímky - MPEG (Moving Pictures Expert Group) digitální video - H.261/H.263 (videokonference) Problematika ztrátové komprimace - kompromisní metoda (kvalita x velikost souboru) Zařízení pro komprimaci - DSP (Digital Signal Processing)

18 PoE (Power over Ethernet) - Napájení IP zařízení Standardy: - IEEE 802.3af pro 48 V při 400 ma na jeden odběr, max. 15,4 W - IEEE 802.3at (PoE+) pro 25,5 W Princip: - napájení po volných párech (4,5 a 7,8) - napájení pomocí fantomového napětí (na párech 1,2 a 3,6)

19 Aktivní konvergence bez komprimace (v nekrompomisním provedení) Standardy: - HDMI DisplayPort -DiiVA (Digital Interface for Video and Audio) - HDBaseT Kabeláže: - HDMI kabely a konektory - DisplayPort kabely a konektory - TP kabely Cat6 a DiiVA konektory - TP kabely od Cat 5E s konektory RJ45

20 HDBaseT Přenos signálů: ů - nekomprimované video - nekomprimované audio - Ethernet 100BaseT -napájení (PoH) - sériový signál Vše po jednom TP kabelu! Nepoužívá se: - IP protokol (není to Ethernet) -přenos paketů - PAM 5 pro FE

21 HDBaseT Za základ aktivní konvergence v HDBaseT l lze považovat technologii 5Play Konvergence všech signalů pomoci technologie 5Play Valens Semiconductor výrobce čipové sady HDBaseT Alliance: - Valens Semiconductor -LG Electronics - Samsung Electronics - Sony Pictures Entertainment - (Panasonic, Pioneer, )

22 HDBaseT zařízení (1. generace HDBaseT) HDBaseT zařízení: - Extender HDMI vysílač, pijímač - Splitter HDMI - Distributor HDMI - Switcher přepínač (Matrix) 88 8x8 Matrix for HDMI

23 HDBaseT - zařízení Alternativní provedení zařízení HDBaseT 1. generace

24 HDBaseT v praxi (2. generace HDBaseT) Panasonic PT-VW431D

25 HDBaseT HDBaseT - měření Měření parametrů kabeláže pro HDBaseT

26 HDBaseT HDBaseT - měření Výsledky měření parametrů kabeláže pro HDBaseT

27 HDBaseT HDBaseT - doporučení

28 Wireless bezdrátové technologie IP2W (IP to Wireless) Začlenění do síťové infrastruktury: - IEEE a, b, g, n v pásmu 2,4 a 5 GHz - Bluetooth v pásmu 2,4 GHz -2G (GSM) v pásmu 900 MHz a 1,8 GHz - 25G(GPRS 2,5G - General -3G cellular General Packet Radio Services) ) (3GSM=UMTS - Universal Mobile Telecommunications Service) ) - 4G IP (Mobile( rez. pásmo 400 MHz 3 GHz Mobile WiMAX, LTE Long Term Evolution) pásmo 900 MHz 2,6 GHz přenosové rychlosti 0,5/1 Gb/s (LTE)

29 Konvergence v průmyslovém ů prostředí ř Konvergence sériového přenosu na IP CIP (Common Industrial Protocol) CIP je určen pro aplikace v průmyslové automatizaci EtherNet/IP průmyslový komunikační protokol (Industrial Ethernet IE)

30 Konvergence v síťové infrastruktuře IP konvergence je konvergence v síťové infrastruktuře využívající vlastnosti IP protokolu. Ukázka hlasového vzorku VoIP v rámci Ethernetu Ukázka k zapouzdření rámců ů MPEG v rámci Eh Ethernetu G.711 telekomunikační standard pro kódování signálu RTP protokol pro multimediální přenosy v reálném čase

31 MAN bez konvergence

32 MAN s konvergencí (MPLS)

33 MAN s konvergencí PSTN

34 NGN Next Generation Network

35 NGN NGN (Next Generation Network) je konvergovaná síť. Doporučení ITU-T T Y.2001 definuje NGN jako sítě založené na přepojování paketů, s možností garance kvality služby, kde funkce týkající se služeb jsou nezávislé na konkrétní použité přenosové technologii. Sítě NGN poskytují obecnou mobilitu, která bude umožňovat kontinuální a všudypřítomné poskytování služeb uživatelům. Model NGN odděluje služby a přenos na úroveň služeb a úroveň přenosu. Dodatek ITU-T T Y.2011 doporučuje vhodný OSI model pro NGN. Doporučení ITU-T T Y.120 definuje model konvergence sítí.

36 Konvergence služeb Oblast působnosti ů multimediální li přístupové sítě. ě Nabízené služby v širokém rozsahu pomocí jediné účastnické přípojky! (radiový přístup je uvažován jako jedna účastnická přípojka) Kabelové prostředky z hlediska koncového zařízení vyžadují různá koncová zařízení pro různé služby. X Mobilní radiové prostředky naopak integrují všechny služby do jednoho konvergovaného koncového zařízení.

37 4 typy konvergence služeb Základní (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, týká se analogových i digitálních služeb) Přenosová (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, týká se digitální služby založené na různých mechanismech přenosu) IP konvergence (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, přes jedno účastnické rozhraní na základě přepojování IP paketů) Mobilní (všechny služby jsou poskytovány po jedné účastnické přípojce, zahrnuje digitální služby založené na různých přenosových mechanismech, které jsou realizovány v rámci jednoho koncového zařízení

38 IP konvergence HDMI over GE - HDMI signál 1.3c po kabeláži Cat 6 - rozlišení 1080p - vysílač Tx -přijímač Rx -přímé napojení - napojení přes ř aktivní prvek sítě (s více přijímači) - multi napojení přes aktivní prvek sítě (s více přijímači a s více vysílači) 16 Tx na 200 Rx pro zařízení Belden (HPC Technology (HPC Technology Inc.)

39 IP konvergence přenosové parametry zařízení Konektory HDMI, RJ45, IR Jack, napájení 5V Vstupní signály: - TTL (5 V) - video (1,2 V p-p) p) Výstupní signál: - šířka pásma 225 MHz (potažmo 6,95 Gb/s) - HD 1080p/60Hz - maximální rozlišení 1920x1200

40 Přímé napojení Přímé napojení na vzdálenost 100 m kabelu TP

41 Napojení přes aktivní prvek

42 Multi napojení přes aktivní prvek Multi napojení vyžaduje: - adresaci zařízení Tx -adresaci zařízení í Rx - možnost libovolného křížového propojení zařízení í Tx a Rx

43 Konvergence a ICT bezpečnost č Normy pro IP konvergenci v ICT: -ITU-T Y.2700 NGN Security (telekomunikační směr) ITU-T T Y Security requirements for NGN ITU-T T Y Security mechanisms and proceduresres for NGN - ISO/IEC Část 6 Information technology - - Network security IP Convergence (datový směr)

44 Literatura ,- Kč č na Internetu