1.předn ednáška Úvod Ing. Bc. Ivan Pravda
Osnova přednp ednášek (X32PTS) 1. Poskytované služby, požadavky na přenosovou kapacitu, standardizace 2. Telefonní kanál, metody digitalizace hlasového signálu, PCM30/32 3. Metody multiplexování, přenosové systémy PDH a SDH 4. Optické přenosové prostředky, WDM 5. Telekomunikační sítě páteřní a přístupové, datové spoje, rozhraní 6. Referenční model OSI, protokolové architektury 7. Sítě ISDN, přepojování okruhů, typy přípojek, přenos dat 8. Sítě ATM, přepojování buněk, vlastnosti 9. Přenosová média, vlastnosti vedení, regenerace digitálního signálu 10. Metalické páry, přeslechy, teoretická informační propustnost 11. Modulační metody, telefonní modemy 12. Systémy xdsl, rozbor vlastností a aplikací 13. Optické přístupové sítě, hybridní sítě a sítě CATV 14. Radiové prostředky, mobilní sítě
Doporučen ená literatura 1. Jiří Vodrážka, Ivan Pravda: Principy telekomunikačních systémů Vydavatelství ČVUT, Praha 2. Horst Jansen, Heinrich Rötter a kol.: Informační a telekomunikační technika Nakladatelství Europa Sobotáles, Praha 3. Jaroslav Svoboda a kol.: Telekomunikační technika (I.díl) - Zprávy, signály, přenosová prostředí Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš, Praha 4. Jaroslav Svoboda a kol.: Telekomunikační technika (II.díl) Přenos dat, spojovací a přenosové systémy Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš, Praha 5. Jaroslav Svoboda a kol.: Telekomunikační technika (III.díl) Telekomunikační sítě a služby Odborné nakladatelství Hüthig&Beneš, Praha
1.předn ednáška Telekomunikační služby a sítěs Ing. Bc. Ivan Pravda
Telekomunikační služby a sítěs - Telekomunikační sítě se budují za účelem zprostředkování informací - Informace se přenášejí a zpracovávají v podobě signálů, které mají obvykle elektrickou podobu - Signál se přenáší na potřebnou vzdálenost v podobě elektromagnetické vlny (určitý kmitočet a vlnová délka) - Elektromagnetická vlna se může šířit různým prostředím: - Metalickévedení (symetrický pár, koaxiální kabel) - Mikrovlnný vlnovod - Optický vlnovod (vlákno) - Volný prostor (radiový přenos) - Pro různé kmitočty elektromagnetické vlny jsou vhodná různá přenosová média (prostředí) - Obecně: klesá význam metalických přenosových cest, roste význam cest optických - Radiové přenosové cesty nezastupitelný význam (mobilita)
Délka vlny λ = c [ ] m; m s 1, Hz f -rychlost šíření: c = 3 10 9 m s -1
Základní pojmy telekomunikační techniky - Telekomunikační technika umožňuje vyměňování informací přes taková prostředí, která nelze běžně překlenout pomocí základních smyslových schopností (zrak, sluch) - Dalším úkolem je vytvoření možnosti pro výměnu informací mezi lidmi a stroji na zpracování informací, a také pro výměnu informací mezi stroji samotnými - Pojem informace je v telekomunikační technice chápána jako odraz reálného světa vyjádřený formou zprávy, která je vytvořena zdrojem zprávy - Každou zprávu lze rozložit na jednotlivé prvky (tzv. elementy) zprávy - Abeceda zdroje zpráv = jednoznačně omezený počet prvků, ze kterého je možné vytvořit zprávu nespojitá (diskrétní) zpráva - Abeceda zdroje zpráv = neomezený počet prvků, ze kterého je možné vytvořit zprávu spojitá (analogová) zpráva okamžité hodnoty spojitě se měnících fyzikálních veličin (teplota, napětí, proud, apod.) - Jednotkové množství informace = 1 Sh(Shannon)
Průměrn rné množstv ství informace (tzv. entropie) H [ Sh ] = log s ; 2 - s je počet prvků abecedy zdroje, z nichž každý mástejnou pravděpodobnost výskytu -V obecném případě však nemusí mít prvky abecedy zdroje stejnou pravděpodobnost
Základní pojmy telekomunikační techniky - Jednotka informace: 1 bit 1 byte (8 bitů) informační propustnost (kapacita) jednotka informace vztažená na jednotku času bit/s - Základním technickým předpokladem provytvoření informačního systému je realizace tzv. sdělovacího, resp. telekomunikačního spoje - signál -zpráva přeměněná do konkrétní fyzikální formy, která je vhodná pro přenos určitým prostředím (signály akustické, optické, elektrické) - signál analogový (spojitý) signál vyjadřující zprávu pomocí neomezeného počtu hodnot určité fyzikální veličiny (např. amplitudy, frekvence, aj.) - signál diskrétní(nespojitý) signál, který je nespojitý buď v čase, nebo vamplitudě, nebo v čase i amplitudě - signál digitální(číslicový) signál nespojitý v čase i amplitudě, vyjadřující zprávu pomocí omezeného počtu hodnot určité fyzikální veličiny (např. jen dvou hodnot) - kanál (telekomunikačníkanál) soubor technických prostředků umožňující jednosměrný přenos signálu mezi dvěma místy, bez ohledu na druh použitých prostředků
Základní pojmy telekomunikační techniky - okruh (telekomunikačníokruh) soubor technických prostředků umožňující obousměrný přenos signálu mezi dvěma místy, bez ohledu na druh použitých prostředků, protisměrná komunikace může probíhat pomocí dvou základních způsobů přenosu: - poloduplexní přenos přenos signálu okruhem střídavě vjednom, resp. druhém směru - duplexní přenos přenos signálu okruhem současně vobou směrech - telekomunikačníspoj soubor technických prostředků umožňující telekomunikační přenos zpráv mezi dvěma místy, bez ohledu na druh použitých prostředků adruh přenosu - kód soustava pravidel propřeměnu zprávy na signál, resp. jiný název proabecedu zdroje zpráv, resp. soubor převodních vztahů mezi různými abecedami zdrojů zpráv, - kódovánízprávy proces, při kterém se jednotlivým prvkům zprávy (binárním prvkům, slabikám, písmenům, číslicím, obrazovým prvkům, apod.) přiřazují stavy určitých parametrů signálu (amplituda, frekvence, délka impulsu, šířka impulsu, skupina dvoustavových impulsů, apod.)
Základní pojmy telekomunikační techniky - kódování zprávy lze rozdělit do dvou skupin: - zdrojové kódování kódování, při kterém dochází kredukci objemu původní zprávy, resp. dochází kodstranění redundantních (nadbytečných) informací obsažených ve zprávě, které umožňují následné snížení přenosové rychlosti nutné pro přenos - kanálové kódování úprava signálu redukovaného zdrojovým kódováním, která umožňuje zabezpečit přenášený signál proti chybám ashlukům chyb - dekódovánízprávy opačný proces procesu kódování - modulace proces, při kterém se, v závislosti na změně signálu nesoucího zprávu, vyvolává změna určitého parametru elektromagnetického vlnění; používá se zejména pro změnu formy elektrického signálu na vysílací straně kanálu - demodulace proces fyzikálně shodný s modulací; používá se zejména ke změně formy elektrického signálu na přijímací straně kanálu
Základní pojmy telekomunikační techniky - přenosová cesta soubor technických prostředků aprostředí, překlenující vzdálenost mezi zdrojem a příjemcem zprávy, pokterém se přenáší vhodně přeměněné elektrické signály - zkreslenízprávy (signálu) jev snižující věrnost původní zprávy (signálu) vdůsledku vnějších vlivů (jiných signálů, resp. interferenčních napětí) nedokonalostmi základních měničů (zkreslení zprávy) vnitřní vliv nedokonalostmi telekomunikačního kanálu (zkreslení signálu) vnitřní vliv rušením (interferencí) vnější vliv - šum (hluk) náhodné, resp. systematické vlivy působící na signál vpřenosovém kanálu, které mohou vznikat v něm samotném nebo do něj vnikat zvenčí; kvantitativně se vyjadřují šumovým (hlukovým) výkonem nebo napětím
Schéma obecného telekomunikačního systému
Typy telekomunikačních přenosp enosů - Telekomunikační přenosy lze rozdělit na tři základní skupiny: - hromadné přenosy jednosměrné přenosy, při nichžse stejná zpráva zjediného zdroje přenáší pospolečné přenosové cestě (paralelně pomnoha přenosových cestách) k většímu počtu příjemců (např. bezdrátový a drátový rozhlas, bezdrátová akabelová televize, hromadné dálkové ovládání, apod.) - účastnické přenosy obousměrné přenosy konverzačního typu přes komutační zařízení (např. mezi telefonními účastníky, mezi datovými účastníky a počítačem, apod.) ve veřejné sféře - služebnípřenosy ostatní jednosměrné iobousměrné přenosy prodorozumívání, dálkové měření, dálkovou signalizaci a ovládání; obvykle se užívají proslužební účely v neveřejné sféře
Typy telekomunikačních přenosp enosů - Přenos zvukových zpráv přenos hovorové informace (PCM ITU-T G.711, telefonní kanál (300 až3400 Hz), přenosová rychlost 64 kbit/s) snížení přenosové rychlosti (ADPCM adaptivní diferenciální PCM ITU-T G.721), vypouštění tichých intervalů v hovoru, kodeky s různými způsoby impulsního buzení a predikce (LD-CELP (16 kbit/s), LD-ACELP (8 kbit/s)), pro mobilní sítě RPE/LTP (13 kbit/s), snížení přenosové rychlosti přináší ztrátu přirozeného zabarvení lidského hlasu - Přenos dat dálkové řízení, měření, ovládání a signalizace (přenosové rychlosti aždo 33,6 kbit/s, digitální sítě (přenosové rychlosti až n 64 kbit/s)), propojení lokálních datových sítí (omezený rozsah (stovky metrů ažjednotky kilometrů), ale vysoké rychlosti přenosu (jednotky Mbit/s ažjednotky Gbit/s)) uživatelé očekávají, že rychlost komunikace mezi různými lokálními sítěmi bude srovnatelná srychlostmi uvnitř jedné sítě LAN ve skutečnosti jsme limitováni technickými, ale i ekonomickými možnostmi tzv. úzké hrdlo telekomunikační sítě
Typy telekomunikačních přenosp enosů - Přenos obrazových zpráv -zpracování obrazové informace vychází zrozložení plochy obrazu na řádky a body, které jsou popsány svým jasem a barvou, počet bodů vychází z požadovaného rozlišení, popis barvy je založen na některém z barevných modelů (čtyři složky CMYK (azurová, purpurová, žlutá, černá), tři složky RGB (červená, zelená, modrá)) - pro barevný obraz potřebujeme vyjádřit jas všech barevných složek jas bodu pomocí 8 bitů (PCM) plně barevný popis bodu v modelu RGB 24 bitů digitalizovaný obrazový signál klade vysoké nároky na informační propustnost kanálu (statický obraz (BMP, JPG) jednotky aždesítky kbit/s, pohyblivý obraz (televizní signál 25 snímků/s, poměr stran obrazu (4:3), řádkový kmitočet (15,625 khz), šířka pásma pro přenos (6,5 MHz) systém PAL (modulace DPCM 34 Mbit/s na každou barvu)), digitální televize DVB (Digital Video Broadcast) MPEG-2 (ISO 13818) úrovně kvality: LDTV (průměrně: 2 Mbit/s), SDTV (průměrně: 8 Mbit/s), HDTV (průměrně: několik desítek Mbit/s) rozlišení 1440 1152 bodů (4:3), rozlišení 1920 1152 bodů (16:9)
Telekomunikační služby - Službou je v oblasti telekomunikační techniky chápána schopnost uspokojit předem stanovené a dohodnuté požadavky - Telekomunikační služba v užším smyslu je pak soubor technických, provozních a organizačních opatření umožňujících určitý způsob dálkové komunikace zajišťující zejména přenos zpráv v různé formě - Jeden za subjektů službu poskytuje (poskytovatel, operátor), druhý se subjektů službu vyžaduje (uživatel, účastník) - Telekomunikační služby můžeme dělit podle nejrůznějších hledisek: dostupnost (veřejná, neveřejná) stupeň regulace státem (pověření, povolení, registrace) vztah k síti (základní, přídavná, doplňková) obsluhovanéúzemí (místní, národní, mezinárodní) účel (hovorová, datová, multimediální atd.) způsob poskytování (účastnická, uživatelská, podavatelská) stupeň volnosti terminálu (pevná, mobilní)
Nároky na telekomunikační sítě - Přenosová rychlost není zdaleka jediným parametrem, který určuje požadavky na telekomunikační síť. Pro správné dimenzování je třeba znát celou řadu údajů: Přenosovárychlost konstantní či proměnná sparametry max. min. rychlost, garantovaná, středníapod. Symetrie služby posuzujeme souměrnost digitálního toku od a kúčastníkovi Možný stupeň komprese digitálního toku Maximálnípřípustná chybovost digitálního signálu mezi koncovými body sítě (např. pro telefonníslužbu bude většínežpro přenos souborů) Maximálníakceptovatelnézpožděnísignálu při přenosu (např. pro videokonferenci bude menšínež pro přenos textových zpráv) Míra využitípřenosového kanálu (např. pro telefonii 50%) Průměrná délka relace Poptávka po službě a její časové rozložení - Souhrnně se schopnost poskytovat služby na určité úrovni pomocí telekomunikační sítě posuzuje pomocí parametrů kvality služby QoS (Quality of Service).
Kvalita služby QoS (Quality( of Service) - Kvalita služby je komplexní pojem, který je pro přenosové sítě a prostředky specifikován v doporučení ITU-T G.1000 - Základní kvalitativní kritéria: - rychlost (speed), přesnost (accuracy), dosažitelnost (availability), spolehlivost (reliability), bezpečnost (security), jednoduchost (simplicity), pružnost (flexibility) - Pomocí těchto kritérií se hodnotí všechny funkce související s poskytovanými službami (service management), procesy řízení, zřizování a rušení služeb, provádění servisu a údržby, vlastní kvalita spojení (connectionquality), zahrnující sestavení, vlastní komunikaci a zrušení spojení, a také účtování a možnost účastníka řídit službu. - Základním měřítkem kvality při přenosu digitálního signálu je chybovost (četnost chyb) chybovost se vyjadřuje jako poměr chybně přenesených prvků signálu k celkovému počtu přenesených prvků, kde přenášeným prvkem může být bit, symbol, byte, blok dat, buňka, paket
Bitová chybovost BER (Bit Error Rate) BER = v n p [ ;, bit s s] e /, t - n e je počet chybně přenesených bitů - v p je přenosová rychlost - t je doba (interval) sledování
Kvalita služby QoS (Quality( of Service) - Základním východiskem je zajištění příslušné kvality služby na straně účastníka - Pro kombinace různých typů služeb poskytovaných přes paketově orientované sítě ošetřuje problematiku kvality doporučení ITU-T G.1010. Zde se vedle přenosové rychlosti sledují tři základní kritéria, která se liší podle charakteru služeb: - Zpožděnípři přenosu (Delay) způsobené šířením signálu na určitou vzdálenost a zejména zpožděním při zpracování signálu v uzlech sítě (např. čekání paketů ve frontách směrovačů) - Kolísánízpoždění při přenosu (Delay Variation) - Ztrátovost informace (InformationLoss) způsobená chybovostí při digitálním přenosu a krátkodobými výpadky spojení vyjadřovaná často v četnosti ztracených paketů PLR (Packet Loss Rate)
Kvalita služby QoS (Quality( of Service) Charakter doručování Zpoždění Chyby lze tolerovat do určité výše Nutný přenos bez chyb interaktivní <<1 s Konverzace pomocí hlasu aobrazu (telefon, videotelefon) Povely a řízení (např. Telnet, interaktivníhry) vyžadující odpověď 2 s Hlasovéa obrazovézprávy Transakce (např. elektronické obchodování) ahledání informací (browsing) včasné 10 s Audio a video na přání(streaming) Zasílání zpráv astahování souborů (např. E- mail, download) není kritické >>10 s telefax Stahování souborů apřenos dat na pozadí (background) Základníkvalitativnípředpoklady pro různéskupiny služeb
Kvalita služby QoS (Quality( of Service) aplikace Symetrie typická rychlost [kbit/s] Přenos zvukové informace (voice, audio) telefonie hlasové zprávy jednosměrně 4 až32 rozhlasové pořady (audio na přání) jednosměrně 16 až128 Přenos obrazové informace (video) videotelefon TV pořady (video na přání) symetricky symetricky jednosměrně 4 až64 16 až384 16 až384 (pro vyšší kvalitu až jednotky Mbit/s) zpoždění [s] <0,4 preferováno <0,15 <1 <10 <0,4 preferováno <0,15 <10 kolísání zpoždění [ms] <1 <1 <<1 PLR <3% <3% <1% <1% <1% Základníkvalitativníukazatele pro přenos zvukovéa obrazovéinformace
Kvalita služby QoS (Quality( of Service) aplikace hledání informací (browsing) stahování souborů astatických obrázků obchodní transakce dálkové řízení ainteraktivní hry e-mail (přístup kserveru) e-mail (mezi servery) telefax symetrie asymetricky asymetricky symetricky asymetricky jednosměrně jednosměrně jednosměrně typický objem dat [kb] 10 10 až10000 <10 <1 <10 <10 10 zpoždění [s] <2 přípustné<4 <15 přípustné<60 <2 přípustné<4 <0,2 <2 přípustné<4 několik minut několik minut četnost chyb BER 0 0 0 0 0 0 <10-6 Základníkvalitativníukazatele pro přenos dat