zde

Transkript

zde

Výukový program:
Moderní komunikační technologie
Modul 5:
Přístupové sítě
Ing. Přemysl Mer
Výukový program: Moderní komunikační technologie
1
5 Přístupové sítě
Cíl modulu:
• zařazení přístupové sítě do architektury telekomunikační sítě
• základní typy přístupových sítí
• základní parametry jednotlivých typů přístupových sítí
• aplikace, služby a využití přístupových sítí
Návod na práci s modulem:
Jednotlivé kapitoly tohoto modulu jsou zpřístupněny prostřednictvím záložek.
Bližší vysvětlení některých zkratek a odborných termínů je dostupné pomocí
hypertextového odkazu. Každá podkapitola má osnovu a stručnou anotaci.
Osnova:
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Přístupové metody používané v přístupových sítích
Rozhraní mezi přístupovou sítí a místní ústřednou
Přenosová technologie typu xDSL
Optické přístupové sítě
Úzkopásmové optické sítě
Multifunkční širokopásmové sítě
Rádiové přístupové sítě
Systémy standardu 802.11 a 802.15
S nástupem moderních komunikačních technologií se mění požadavky na charakter a
vlastnosti telekomunikačních sítí. Změny v architektuře sítí a jejich hlavní vlastnosti jsou
vyvolané novými nároky ze strany uživatelů, ale také ze strany síťových operátorů.
Mezi nejvýznamnější faktory ovlivňující architekturu patří:
•
Nárůst počtu účastníků a jejich požadavky na zavádění nových služeb.
•
Prudký nárůst požadavků na objem datových komunikací.
•
Nárůst nároků na zabezpečení personální mobility.
•
Podpora vzniku konkurenčního prostředí demonopolizací služeb telekomunikačních
operátorů.
Na zabezpečení nejen všech výše uvedených požadavků se struktura moderních
telekomunikačních sítí člení na tyto části (obr. 5.1):
•
Síť koncových zařízení – koncové zařízení (terminály) a přenosová síť k rozhraní.
•
Přístupová síť – přístup terminálu ke spojovací síti.
•
Spojovací síť – propojovací funkce.
•
Transportní síť – propojení všech spojovacích uzlů
•
Signalizační síť – výměna řídících informací.
2
Modul 5: Přístupové sítě
•
Inteligentní síť – funkční rozšíření k poskytování služeb celosíťového charakteru.
•
Telekomunikační řídící síť TMN (Telecommunication Management Network) –
integrace jednotlivých dohledových a řídících systémů všech síťových prvků.
Inteligentní síť
Signalizační síť
T
N
M
Transportní síť
Spojovací síť
Přístupová síť
Obr. 5.1 Architektura telekomunikační sítě
Přístupová síť (AN - Access Network) je hierarchicky nejnižší, ale významnou částí
moderní telekomunikační sítě. Na přenos signálů mezi koncovými body přístupové sítě a
spojovací sítě používá všechny druhy přenosových médií, metalické, optické i rádiové.
Logická architektura přístupové sítě (obr. 5.2) s ohledem na to, že jedna z úloh je koncentrace
provozu z účastnických terminálů do spojovací sítě, je stromová nebo hvězdicová. Je tedy
možné ji rozdělit na dvě úrovně, primární a sekundární. Primární úroveň zabezpečuje
transport informačního toku společným přenosovým prostředím mezi jednotku zakončení LT
(Line Termination) a distribučním bodem DP (Distribution Piont). Sekundární síť
zabezpečuje transport toků k zakončení přístupové sítě NT (Network Termination), ke které
jsou přes účastnická rozhraní připojena koncová zařízení.
Rozhraní
NT
DP
NT
LT
DP
NT
Spojovací síť
Primární síť
Sekundární síť
Síť koncových zařízení
Obr. 5.2 Všeobecná architektura přístupové sítě
Funkční architekturu přístupové sítě představuje soubor nepostradatelných funkcí, které
vykonává přístupová síť. Patří mezi ně přenosové funkce, funkce systémových portů, funkce
účastnických portů a společné funkce.
3
5.1 Přístupové metody používané v přístupových sítích
Anotace:
V této kapitole budou vysvětleny nejpoužívanější metody přístupu na společné
přenosové médium ve všech typech přístupových sítí. Některé metody jsou
charakteristické jen pro určitý druh přenosového média, často se používají i
kombinace dvou přístupových metod.
Osnova:
5.1.1 Přístupová metoda TDMA
5.1.2 Frekvenčně dělený vícenásobný přístup FDMA
5.1.3 Vlnově dělený vícenásobný přístup WDMA
5.1.4 Přístupová metoda SCMA
5.1.5 Přístupová metoda CDMA
V telekomunikačních sítích, bez ohledu na přenosová média, je nutné zabezpečit
efektivní využití přenosové kapacity. Každá metoda vícenásobného přístupu na společné
médium rozděluje přenosovou kapacitu na části, které přidělují jednotlivým spojením.
Přístupové metody můžeme rozdělit na metody stochastické, využívající náhodný proces jako
metodu přístupu, což zvyšuje riziko vzniku kolize, metody s minimalizaci kolize, které
používají částečné řízení přístupu na přenosové médium a metody deterministické, které
zabezpečují bezkonfliktní přidělování přístupového práva.
5.1.1 Přístupová metoda TDMA
Časově dělený vícenásobný přístup přiděluje přenosovou kapacitu v časově dělených
kanálových intervalech. Principiálně vychází z časově děleného multiplexu TDM (Time
Division Multiplex), který předpokládá vytvoření přenosové relace typu bod – bod bez
potřeby řídit přístup na přenosové médium. Při nárocích na vytvoření relace bod – více bodůje
třeba doplnit mechanismus multiplexování částečných toků o procedury, které zabezpečují
časově dělený vícenásobný přístup na přenosové médium – tedy TDMA (Time Division
Mmultiplex Access). Multiplexování údajů z jednotlivých terminálů do společného toku
směřujícího k centrálnímu uzlu mohou být:
•
Bitově orientované – datový tok se vytváří multiplexováním příspěvkových bitů
jednotlivých terminálů.
•
Blokově orientované – uživatelské data jsou seskupené v blocích navzájem
oddělených mezerou buď s pevným přidělením přenosové kapacity nebo
s dynamickým přidělováním kapacity.
Na obr 5.3 je jednoduchá síť se stromovou architekturou, která zabezpečuje
obousměrný přenos mezi centrálním uzlem N a terminály A, B, C, kde předpokládáme
rámcově orientovaný přístup s pevně přidělenou přenosovou kapacitou. Ve směru N – A,B,C
(bod – více bodů) je použitý jednoduchý časový multiplex TDM. Při použití synchronního
přenosového módu probíhá přenos v rámcích začínající kanálovým intervalem nesoucím
slovo rámcové synchronizace (S), podle které se terminály synchronizují a každý má potom
přidělený příslušný kanálový interval. V opačném směru je třeba sestavit podobný rámec
na vstupu přijímače centrálního uzlu.
4
A
TDM
A
B
S A B C
A B C
B
N
C
S A B C
A
S A B C
N
B
TDMA
C
C
S A B C
Obr. 5.3 Princip TDMA
5.1.2 Frekvenčně dělený vícenásobný přístup FDMA
Frekvenčně dělený vícenásobný multiplex FDMA (Frekvency Division Multiplex
Access) pracuje podobně jako frekvenčně dělený multiplex FDM (Frekvency Division
Multiplex), pro dělení celkové kapacity přenosového média používá větší počet frekvenčně
dělených segmentů. Každý segment je pevně přiřazený jednomu přenosovému kanálu.
Vzhledem ke stabilitě frekvence je potřeba vynechat mezi jednotlivými segmenty „ochranné“
frekvenční pásmo, což snižuje efektivitu využití kapacity kanálu. Metoda FDMA není taky
vhodná pro současné vysílání dat ke všem účastníkům (tzv. Broadcast). Její hlavní použití je
v oblasti rádiových přístupových systémů. Technika frekvenčního multiplexu se často
používá v kombinaci s jinými metodami (TDMA, WDMA ...).
5.1.3 Vlnově dělený vícenásobný přístup WDMA
Vlnově dělený vícenásobný přístup WDMA (Wavelength Division Multiplex Access)
využívá na přenos jednotlivých kanálů různé optické vlnové délky. V nejjednodušším případě
se používá optický vlnový multiplex na oddělení dopředné a zpětné přenosové cesty, přičemž
každá probíhá v jiné vlnové délce. Pro vytvoření vícekanálového přenosového systému je
třeba vytvořit větší počet optických nosných umístěných v optickém okně. Podobně jako
při frekvenčně děleném přístupu FDMA je možné na společném médiu vytvořit spojení bod –
bod nebo bod – více bodů.
5.1.4 Přístupová metoda SCMA
Přístupová metoda SCMA (SubCarrier Multiple Access) využívá principy frekvenčně
děleného vícenásobného přístupu v elektrické i optické oblasti. Jednotlivé přenášené kanály
jsou, stejně jako u FDMA, modulované na elektrické subnosné frekvence, které následně
modulují optické nosné. Metody SCMA se dělí na jedno nebo vícekanálové. Možnosti použití
ovlivňuje požadovaná hodnota odstupu signál – šum. Použití přístupové metody je vhodné
nejlépe v případech, kdy optickou trasu nahradí rádiová část.
5
5.1.5 Přístupová metoda CDMA
Přístupová metoda CDMA (Code Division Multiplex Access) patří do metod pracujícím
s rozprostřeným spektrem. Na rozdíl od TDMA a FDMA, které využívají časovou nebo
frekvenční oblast, používají při metodě CDMA všechny terminály stejnou frekvenční i
časovou oblast. Jednotlivé kanály se oddělují přiřazením specifického kódové slova každému
spojení. Kódové slovo obsahuje n bitů, které se nazývají „Chips“. Hodnota n definuje tzv.
faktor rozprostření nebo taky systémový zisk (Spread Factor). Přenos kódových signálů
vyžaduje podstatně větší šířku pásma než přenos signálů s použitím jiných přístupových
metod. Podstatnou výhodou je minimalizace rizika příjmu signálu neoprávněným přijímačem.
Přístupové metody CDMA se nejčastěji používají v rádiových přístupových systémech.
FDMA
TDMA
Časová okna
BN
.
.
.
3
B3
2
B2
1
B1
Ts
kód
B
Frekvence
Frekvence
N
1
2
3
...
N
CDMA
N
.
.
.
kód 2
2
kód 1
1
...
t
t
...
kód N
1
...
...
frekvence
Obr. 5.4 Přístupové metody
čas
6
Otázky k zamyšlení
1. Jaké znáte nejpoužívanější přístupové metody?
2. Které metody se používají na které přenosové média?
7
5.2 Rozhraní mezi přístupovou sítí a místní ústřednou,
skupina protokolů rozhraní V5
Anotace:
V této kapitole budou vysvětleny základní typy a parametry rozhraní V5, které je
standardizováno jako rozhraní pro přístupové sítě.
Osnova:
5.2.1 Linková vrstva protokolu V5
5.2.2 Síťová vrstva protokolu V5
Jednou ze základních požadavek při koncepci přístupové sítě je systémová nezávislost
na technologii účastnického spojovacího systému. To předpokládá použití standardního
mezinárodně normalizovaného rozhraní mezi oběma systémy. Rozhraní je situováno do
referenčního bodu V, který leží mezi modulem zakončení digitálního spojovacího systému ET
(Exchange Termination) a modulem linkového rozhraní na přenosové prostředí LT (Link
Termination) – obr 5.5
Místní spojovací systém
U
V
LT
ET
Obr. 5.5 Referenční bod V
V úzkopásmové ISDN je několik typů digitálních rozhraní V:
•
V1 – rozhraní digitální účastnické přípojky základního přístupu,
•
V2 – rozhraní pro připojení vzdálené úč. jednotky RSU (Remote Subscriber Unit),
•
V3 – rozhraní digitální privátní ústředny primárním multiplexem,
•
V4 – rozhraní digitálního multiplexního přenosového systému s kapacitou 12xBRA
(Basic Rate Access),
•
V5 – připojení zařízení, které umožňuje připojit analogové i digitální účastnické
přípojky přes multiplexní digitální trakt – případ přístupové sítě.
Všechny rozhraní V s výjimkou V1 pracují na fyzické vrstvě s multiplexním tokem
PCM (Pulse-Code Modulation) 1. řádu s přenosovou rychlostí 2,084 Mb/s (označuje se E1)
Po funkční stránce musí rozhraní V5 zabezpečit přenos pro tyto informační toky:
•
informační kanály,
•
signalizační kanály D pro BRA nebo PRA (Primary Rate Access),
•
signalizaci analogových účastnických přípojek,
8
•
řídící informace pro řízení účastnických portů,
•
řídící informace pro řízení přístupové sítě.
Navíc může rozhraní V5 podporovat dynamické přidělování volného kanálového
intervalu a zvyšování spolehlivosti přenosu řídících informací rozšířeným řízením
komunikačních kanálů.
Architektura rozhraní V5 je na obr. 5.6. V současnosti jsou definované dva typy
rozhraní V5. Rozhraní V5.1 je jednoduché vytvořené jedním multiplexním tokem E1 bez
možnosti koncentrace, rozhraní V5.2 logicky kombinuje do jediného logického celku větší
počet digitálních okruhů se strukturou E1.
BRA
B1
D
B2
Informační
kanály
S/T
PRA
D
B1
BRA
B30
....
S2M
.
.
.
Místní
ústředna
AP
Sig.
B
BKS
Rozhraní V5 Řídící
kanály
Obr. 5.6 Architektura rozhraní V5
Přenos informací probíhá na úrovni prvních třech vrstev referenčního modelu OSI. Na
fyzické vrstvě je definovaný fyzický kanál 64 kb/s jako součást toku 2 Mb/s. Počet fyzických
kanálů vyhrazených na přenos řídících informací a signalizace závisí na počtu připojených
digitálních okruhů. Většinou stačí 3-4 kanály na celé rozhraní. Aktivní fyzický komunikační
kanál má přiřazené logické komunikační kanály. Logické kanály vytváří jedna nebo více
různých komunikačních cest, které představují logické spojení na úrovni druhé vrstvy mezi
koncovými body jednotlivých služeb. Na úrovni linkové vrstvy (vrstvy L2) probíhá přenos
údajů specializovaným protokolem LAPV5 (Link Access Procedure V5), který se částečně
liší od podobných protokolů jako LAPD, LAPB. Informační pole protokolu druhé vrstvy
nese protokolové zprávy síťové vrstvy L3. Architektura protokolů na rozhraní V5 je podobná
pro obě varianty, v případě V5.1 chybí protokoly pro dynamické přidělování kanálů a přídavné
řízení signalizačních kanálů.
5.2.1 Linková vrstva protokolu rozhraní V5
Linková vrstva protokolu V5, tedy LAPV5 (Link Access Procedure V5) se člení
do třech podvrstev:
•
Podvrstva funkcí obálky LAPV5 – EF (Envelope Function Sublayer)
•
Podvrstva všeobecné linkové vrstvy LAPV5 – DL (Data Link Sublayer)
•
9
Podvrstva pro transparentní přenos rámců LAPV5 – FR (Frame Relay Sublayer)
Podvrstva obálky vytváří z přenášených údajů rámce (složen z oktetů) se standardním
úvodním a koncovým návěštím, kontrolním 16-bitovým součtem FCS (Frame Check
Sequence) a přídavným řídícím polem. Do informačního pole s délkou 3 – 533 oktetů se
vkládají zprávy z ostatních dvou podvrstev.
Tab. 5.1 Formát rámce LAPV5 - EF
Návěští (7EH)
Adresa EF
0
Adresa EF
EA=0
EA=1
INFO
FCS
FCS
Návěští (7EH)
Podvrstva všeobecné linkové vrstvy LAPV5 – DL doplňuje přenášenou zprávu
o standardní záhlaví, které tvoří adresové pole s délkou dva oktety a řídící pole. Vzniknou tak
dva typy rámců, a to řídící rámec, který neobsahuje informační pole a slouží jako dohledový a
informační rámce, který informační pole obsahuje a do něj se potom vkládají protokoly síťové
vrstvy.
5.2.2 Síťová vrstva protokolu rozhraní V5
Do informačního pole rámce LAPV5 – DL se vkládají protokolové zprávy nadřízené
vrstvy. Formát záhlaví zprávy obsahuje tyto prvky:
•
diskriminátor protokolu s délkou jeden oktet,
•
adresa s délkou dva oktety,
•
typ zprávy s délkou jeden oktet,
•
přídavné informační prvky – pokud jsou potřebné.
Prvky se pak liší podle toho, k jakému částečnému protokolovému souboru patří.
Obecně však tyto protokoly zajišťují sestavení, uvolnění a řízení spojení v přístupové síti,
přenos řídících informací, vytváření komunikačních cest mezi účastnickými porty, a to jak
analogovými, ale i digitálními, a ústřednou přes přístupovou síť.
1. Charakterizujte jednotlivé typy rozhraní V?
2. Jaké funkce plní síťová a linková vrstva u rozhraní V5?
10
5.3 Přenosová technologie typu xDSL, digitální přípojky
IDSL, ADSL, VDSL, BDSL
Anotace:
V této kapitole budou představeny základní vysokorychlostní technologie, které se
používají na metalických vedeních, z rodiny digitálních účastnických přípojek.
K nejpoužívanějším dnes patří HDSL, ADSL a VDSL.
Osnova:
5.3.1 Digitální účastnická přípojka typu IDSL
5.3.2 Digitální účastnická přípojka typu HDSL
5.3.3 Digitální účastnická přípojka typu ADSL
5.3.4 Digitální účastnická přípojka typu VDSL
5.3.5 Digitální účastnická přípojka typu BDSL
Vývoj technologie digitální účastnické přípojky DSL (Digital Subscriber Loop) směřuje
od obyčejného DSL na základní přístup ISDN až po vysokorychlostní typy přístupů na
multimediální aplikace. Mimo poskytování šířky přenosového pásma je možné přístupové
technologie rozčlenit na přípojky symetrické, které poskytují v obou směrech přenosu stejnou
kapacitu, a nesymetrické s přenosovou kapacitou rozdělenou tak, že ve směru síť – účastník
poskytuje větší kapacitu, než ve směru opačném. Na metalických párech se používají i tyto
přenosové technologie:
•
Digitální účastnická přípojka základního přístupu IDSL (ISDN DSL).
•
Přenosový systém HDSL (High-bitrate DSL), a jeho modifikace SDSL (Single-line
DSL).
•
Asymetrická účastnická přípojka ADSL (Asymetrical DSL).
•
Vysokorychlostní účastnické přípojky VDSL (Very high-bitrate DSL).
•
Digitální účastnická přípojka s funkcí distribuce TV/R signálů BDSL (Broadcast
DSL).
5.3.1 Digitální účastnická přípojka typu IDSL
Digitální účastnická přípojka základního přístupu ISDN-BRA, kterou ukazuje
zjednodušený referenční model na obr. 5.7, představuje přenosové prostředí mezi přípojným
místem účastnického terminálu (rozhraní S) a spojovací sítí (linkové zakončení LT).
Přístupová sekce digitální přípojky je definovaná mezi referenčními body V1 a T, přenosové
prostředí probíhá LT a NT1. Přenosovým médiem je metalické dvojdrátové vedení, přes které
probíhá přenos rychlostí 160kb/s v plném duplexu. Použitá technologie umožňuje provoz plně
symetrického toku po běžném vedení do délky 10 – 12 km.
V1
ET
U
LT
T
NT1
S
NT2
TE
Obr. 5.7 Zjednodušený referenční model přípojky BRA
11
5.3.2 Digitální účastnická přípojka typu HDSL
Zařízení HDSL patří do kategorie datových měničů signálu v základním pásmu
s potlačenou stejnosměrnou složkou. HDSL systémy se používají pro přenos dat s maximální
přenosovou rychlostí E1 2048 kbit/s (nebo T1 specifikováno podle ANSI) po nestíněných
metalických párech v místních kabelech.
Pro přenos bitového toku se u HDSL používá linkový kód 2B1Q. Při jejím použití již
není možno na stejném symetrickém páru souběžně využívat ISDN nebo telefonní frekvenční
pásmo. Doporučení připouští alternativně modulaci CAP, pomocí které se dociluje většího
překlenutelného útlumu a u níž lze pro přenos využít pouze jednoho páru. Při použití CAP je
možné souběžně využívat na stejném vedení telefonní pásmo nebo ISDN. Nicméně v České
republice i v celé Evropě má převahu využívání HDSL s kódem 2B1Q.
Přenos digitálního signálu probíhá v místní rozvodné síti telefonních kabelů
(symetrických párech) označovaných jako vedení DLL (Digital Local Loop). HDSL
umožňuje plně duplexní přenos dat, který je dosažen použitím metody potlačování ozvěn EC
(Echo Cancellation). Duplexní symetrický přenos je možné realizovat pomocí dvou nebo tří
párů vedení DLL. V tabulce 5.2 je uvedeno srovnání některých parametrů pro 2 a 3 páry
HDSL.
Tab. 5.2 Porovnání HDSL na 2 a 3 párech
páry
TU-12
vp‘
Služební kanál
vp
vm
A
[kbit/s]
[kbit/s]
[kbit/s]
[kbit/s]
[kbit/s]
[150kHz]
2
2304
1152
16
1168
584
27 dB
3
2304
768
16
784
392
31 dB
HDSL je symetrický širokopásmový přenosový systém. To znamená, že datové
rychlosti pro upstream a downstream jsou stejné. Požaduje dva metalické páry pro T1 bitové
rychlosti a dva nebo tři páry pro E1 bitové rychlosti jak je vidět na obr. 5.8.
Internet/
Společná síť
Místní síť
Server
Směrovač s
HDSL rozhraním
2 nebo 3 metalické páry
(2 páry pro T1
3 páry pro E1)
Směrovač
Místní ústředna
(T1/E1, rozdělovací a
slučovací multiplexor)
Přepínač
Obr. 5.8 Architektura HDSL
Typický dosah takových systémů je okolo 2,7 až do 3,6 km. HDSL byla zpočátku
užívána telekomunikacemi na E1 služby ve většině případů pro propojení PBX.
12
HDSL neobsahuje podporu klasické telefonie, protože využívá pásmo frekvencí
překrývající hlasové pásmo. Pro tento důvod je HDSL architektura z podstaty bez mikrofiltrů
(splitter).
Využití HDSL
Při formování systémů HDSL se využilo zkušeností s přípojkami ISDN-BRA s tím, že
cílem bylo nahradit existující linkové systémy s kódem HDB3 pro poskytování primárního
přístupu ISDN-PRA výkonnějším a pokročilejším způsobem přenosu. Proto byly HDSL
systémy dimenzované pro přenos signálů E1 přes PDH (Plesisynchronous Digital Hierarchy).
HDSL je založeno na 2B1Q linkovém kódu, který dovolil dokonalejší využití frekvenčního
spektra než u dřívějšího E1 linkového kódování založeném na AMI (Alternate Mark
Inversion). Tento pokrok dovolil HDSL poskytnout stejné linkové rychlosti E1, ale bez
jakýchkoli opakovačů. Nicméně HDSL využívá dvou párů jako tradiční E1 služby.
Třípárové systémy HDSL umožňují překlenout větší vzdálenosti a jsou potřebné
zejména v oblastech s řídkou zástavbou. Dvoupárové systémy naopak proti třípárovým
efektivněji využívají přenosové prostředí všude tam, kde je nedostatek volných párů v
kabelech. Provozní spolehlivost systémů HDSL však vzhledem k používaným adaptačním
algoritmům silně závisí na šumových a přeslechových poměrech kabelů, na kterých jsou
provozovány. To vede k tomu, že může docházet k zdánlivě neočekávaným poruchám
přenosu. Tyto poruchy však mají vždy nějakou příčinu ve změně poměrů na kabelu
způsobené např. nasazením jiného přenosového systému do provozu.
Mezi hlavní výhody tedy patří malá šířka kmitočtového pásma a možnost přenosu na
vzdálenost až šesti kilometrů bez opakovačů. V praxi se technologie HDSL používá
především v těchto aplikacích:
•
Připojení k pobočkové ústředně.
•
Soukromé podnikové sítě.
•
Vzdálený přístup k síti LAN.
•
Spojení základnových stanic celulárních sítí.
5.3.3 Digitální účastnická přípojka typu ADSL
ADSL se vyznačuje, jak už název napovídá, nesymetrií přenosových rychlostí. Ve
směru k účastníkovi (downstream) se dosahuje přenosové rychlosti do 8 Mb/s. Pomalejší
kanál směrem od účastníka (upstream) přenáší signály rychlostí až 1 Mb/s. ADSL podporuje
násobky rychlostí 2,048Mb/s E1 pro Evropu respektive 1,544 Mb/s T1 pro USA. Aby byl
umožněn současný provoz na stávající telefonní lince, je datový signál namodulován nad
hovorové pásmo. ADSL modemy jsou tedy skutečně modemy (na rozdíl do HDSL měničů)
pracující v zásadě na podobném principu jako analogové telefonní modemy. Díky
kmitočtovému oddělení se tady dá souběžně s vysokofrekvenčním digitálním přenosem
užívat, na tomtéž vedení, původní analogová telefonní služba POTS (Plain Old Telephone
Service) nebo digitální základní přípojka ISDN-BRA. Koncové zařízení ADSL (ADSL
modem) je nutné instalovat na obou stranách účastnického metalického vedení přes
mikrofiltry (splitter) realizované jako dolní resp. horní pásmové propusti, které rozdělí v obou
směrech přenosu přenášené pásmo na pásmo telefonního (nebo ISDN) kanálu a pásmo,
určené pro přenos digitálního signálu s vyšší přenosovou rychlostí.
13
U ADSL přípojek se uvažovalo o používání jedné z těchto modulačních metod: QAM,
CAP nebo DMT. Mezinárodně standardizována byla modulace DMT (Discrete Multi-Tone),
což je typ modulace s více nosnými kmitočty (Multi-carrier Modulation). Celý přenosový
kanál je ve frekvenční oblasti rozdělen do řady dílčích subkanálů. V každém dílčím kanálu
probíhá kvadraturní amplitudová modulace QAM. V principu může být modulace DMT
považována za skupinu dílčích systémů s kvadraturní amplitudovou modulací QAM
pracujících současně a paralelně, z nichž každý pracuje se stejnou modulační metodou a téměř
shodnou šířkou pásma, jako běžný telefonní modem. U ADSL je frekvenční pásmo 0 až 1,104
MHz rozděleno do 256 subkanálů číslovaných 0 až 255. Nosné kmitočty jednotlivých
subkanálů jsou od sebe vzdáleny 4,3125 kHz. Spodní část spektra je však využita pro
telefonní kanál nebo ISDN-BRA. Subkanály obsazené těmito signály se proto nevyužívají.
Pro vyřešení přenosu datových toků v obou směrech na jednom vedení se používá
metoda frekvenčního dělení FDD s vyhrazenými pásmy s dělícím kmitočtem 138 kHz nebo
metoda potlačení ozvěny EC (Echo Cancelling), která umožňuje překrývání pásem ve směru
k účastníkovi. Uvedené základní dělení pásma platí pro koexistenci s analogovou telefonní
přípojkou (POTS), které vidíme na obr. 5.9 a 5.10
PSD
[dBm/Hz] POT S
Download
Upload
4 25,8
138
1104 f [kHz]
4,3125 kHz
Obr. 5.9 Obsazení frekvenčního spektra ADSL s POTS (FDM)
PSD
[dBm/Hz]
POT S
Download
Upload
4 25,8
138
1104 f [kHz]
4,3125 kHz
Obr. 5.10 Obsazení frekvenčního spektra ADSL s POTS (EC)
Pro variantu s ISDN přípojkou se musí pásma posunout, aby se vytvořilo místo na
pásmo pro přenos digitálního signálu v základním pásmu ISDN přípojky s modulační
rychlostí 80 kBd. Začátek pásma ADSL upstream i downstream je až na 138kHz, konec
pásma je na 1104 kHz, jak vidíme na obr. 5.11 a 5.12. Opět lze využít metodu frekvenčního
dělení FDD nebo metodu potlačení ozvěny EC
14
PSD
[dBm/Hz]
ISDN
ADSL Download
ADSL Upload
80 138
276
1104 f [kHz]
4,3125 kHz
Obr. 5.11 Obsazení frekvenčního spektra ADSL s ISDN (FDM)
PSD
[dBm/Hz]
ISDN
ADSL Download
ADSL Upload
80 138
276
1104 f [kHz]
4,3125 kHz
Obr. 5.12 Obsazení frekvenčního spektra ADSL s ISDN (EC)
Přehled nejčastějších variant shrnuje tabulka 5.3 s uvedením kmitočtových pásem počtů
využívaných subkanálů. Rychlosti jsou uvedeny až do teoretického maxima při respektování
pilotních kmitočtů, které obsadí příslušný subkanál, který je pak nepoužitelný pro přenos dat.
Pilotní kmitočty jsou pro jednotlivé varianty stanoveny takto:
•
ADSL s POTS – kmitočet 276 kHz – nosná č. 64
•
ADSL s ISDN – kmitočet 414 kHz – nosná č. 9
Tab. 5.3 Porovnání variant ADSL
upstream
Varianta
ADSL
downstream
Počet
od
do
rychlost
Počet
od
do
rychlost
subkanálů
[kHz]
[kHz]
[kbit/s]
subkanálů
[kHz]
[kHz]
[kbit/s]
POTS (FDM)
26
25
138
32-1500
224
138
1104
32-13380
POTS (EC)
26
25
138
32-1500
250
25
1104
32-14900
ISDN (FDM)
32
138
276
32-1860
198
276
1104
32-11820
Jen data
32
0
138
32-1860
256
0
1104
32-15300
Mezi všemi účastnickými oblastmi (typickou účastnickou oblastí je byt, ve skutečnosti
může být účastnickou oblastí jakákoli budova, ve které žije mnoho rodin, komplex kanceláří
atd.) a ústřednou (CO) je kroucená metalická dvojlinka. Obvykle se mluví o místním okruhu
(smyčce). Pro plnou rychlost ADSL je na obou koncích místní smyčky instalován mikrofiltr
(splitter), sloužící také k izolaci POTS od ADSL. Na obr. 5.13 je zobrazena základní
architektura ADSL.
15
Poskytovatel
Do 8Mb/s
DSLAM
Uživatel
PC
Do 800kb/s
PSTN
mikrofiltr
POTS
mikrofiltr
ATM
ADSL modem
telefoní linka
Telefon
PSTN
CPE
Obr. 5.13 Architektura ADSL
Přenosové rychlosti byly u ADSL dimenzovány s ohledem na původně plánovanou
nosnou službu, kterou mělo být video na přání VoD (Video on Demand), čili na přenos
digitalizovaných videosignálů s kompresí MPEG2 v odpovídající kvalitě. V dnešní době se
setkáváme s využíváním ADSL zejména pro přístup na Internet a s nim spojenými službami.
Původně se také předpokládalo, že přístup po ADSL přípojkách budou využívat vesměs
domácnosti. Dnes se však ukazuje, že poskytovatelé se musí více orientovat na firemní sektor
(podnikatelé, práce z domova apod.), protože právě ten může umožnit návratnost vložených
investic.
5.3.4 Digitální účastnická přípojka typu VDSL
VDSL může pracovat v symetrickém (stejné přenosové rychlosti v obou směrech
přenosu) i nesymetrickém režimu (vyšší přenosová rychlost směrem k účastníkovi). V
symetrickém režimu je maximální uvažovaná přenosová rychlost až 26 Mb/s v obou směrech,
v nesymetrickém režimu potom až 52 Mb/s ve směru od poskytovatele k účastníkovi
(downstream) a 6,4 Mb/s ve směru od účastníka k poskytovateli (upstream). Přenosová
rychlost není pevně dána a stejně jako u ADSL závisí na řadě faktorů (např. na útlumu
vedení). Vyšších přenosových rychlostí se dociluje podstatným rozšířením kmitočtového
pásma až k 30 MHz, ovšem za cenu nižšího dosahu (maximálně se uvažuje 1,6 km).
Uvažuje se o standardizaci dvou vzájemně nekompatibilních metod, a to modulaci
QAM, resp. CAP nebo mnoho kanálové modulace DMT standardizované a ověřené u ADSL.
Oproti původně plánované větší šířce subkanálu DMT se nyní jde cestou shodné šířky s
ADSL, tedy 4,3125 kHz, ovšem jejich počet je podstatně vyšší (až 4096). Další alternativní
metoda je označovaná jako diskrétní vlnová vícetónová modulace (DWMT – Discrete
Wavelent MultiTone). Výhodou DWMT jsou užší spektra jednotlivých subkanálů a vyšší
potlačení postranních laloků.
Pro oddělení směrů přenosu nelze v daných vyšších kmitočtových pásmech připustit
překrývání pásem a oddělení pomocí potlačení ozvěn EC, jelikož by přeslech znemožnil
přenos výrazným snížením odstupu signálu od šumu. U VDSL se proto používá metoda
frekvenčního dělení FDD (Frequency Division Duplex).
16
Do 52 Mb/s
Místní
ústředna
(CO)
Uživatel
Do 6,4 Mb/s
účastnický
rozvaděč
(SC)
Na tomto
místě je vhodné
použít technologii
ADSL
FTTEx
FTTN
FTTC
FTTB
Na těchto místech
je vhodné použít
tehnologii VDSL
Vlákno
Drát
Vlákno
Drát
Vlákno
Drát
Drát
Vlákno
Obr. 5.14 Architektura VDSL
Architektura VDSL (obr 5.14) předpokládá optickou síťovou jednotku (ONU)
ukončenou v blízkosti uživatelského prostoru. Metalické páry vycházející z ONU se používají
pro přivedení signálu přes poslední malou vzdálenost do každého domu. Na obrázku 5.8
vidíme architekturu obsahující různé přístupové možnosti. Hlavní rozdíly jsou v poloze ONU.
Metalická smyčka se užívá pro poskytnutí rychlého širokopásmového přenosu přes poslední
krátké vzdálenosti. V této souvislosti a dle tohoto kritéria se hovoří o tzv. “poslední míli“, kde
se přiblížení optického vlákna k zákazníkovi, hlavně jeho zakončení vyjadřuje obecnou
zkratkou FTTx (Fibre To The x):
•
FTTEx (Fiber To The Exchange) – optika končí v ústředně (Central Office).
Vzhledem k vzdálenostem k účastníkům připadá v úvahu spíše nasazení ADSL
modemů.
•
FTTN (Fibre To The Node) – optika je přivedena od poskytovatele služeb k určitému
místu sítě, například do venkovního rozvaděče na sídlišti, kde se pak signál rozvádí
metalickým vedením k účastníkům. V tomto případě je velmi výhodné použít VDSL.
Poměr nákladů a užitné hodnoty je velmi dobrý. Tento model bude nejvíce používán
při realizaci širokopásmových sítí.
•
FTTC (Fibre To The Curb) – přivedení optického vlákna k chodníku do venkovního
rozvaděče. Jedná se o obdobu FTTN s tím, že rozdíl mezi mimi je dán bezprostředním
okolím účastníků. „Node (Cabinet)“ umožňuje připojení 200 až 300 účastníků, čímž
vykonává funkci kabelového rozvětvovače. Zatím co v případě FTTC se jedná o
napojení 10 až 20 účastníků zapojených na kabelovou odbočku umístěnou na kraji
cesty (curb) .
•
FTTB (Fibre To The Building) – optické vlákno je přivedeno k budově. Optické
zakončení je obvykle v suterénu budovy nebo blízko ní a odtud je pro přenos dat
využito kroucených párů nebo koaxiálního kabelu. Toto řešení je vhodné pro velké
budovy velkých společností. Pro vnitřní rozvod je možno použít VDSL po
metalických párech.
•
FTTH (Fibre To The Home) – optické vlákno je přivedeno přímo k účastníkovi. Jedná
se o nejlepší řešení, ale taky nejdražší. Navíc kapacita vlákna by nemohla být využitá,
díky současné kapacitě páteřních sítí.
17
Na obrázku 5.15 vidíme strukturu VDSL systému jako jednu z možných technologií pro
FTTN, FTTC, FTTB.
Poskytovatel
Zákazník
VDSL
VDSL
ONU
Optické vlákno
VDSL
ONU
telefoní linka
PC
VDSL
ADM
VDSL
Do 52Mb/s
SDH STM-0 51,84Mb/s
asym.
Do 6,4Mb/s
nebo
Do 34Mb/s
sym.
PC
Do 34Mb/s
Obr. 5.15 Struktura VDSL
Na straně přístupové sítě (blíže účastníkovi) se při realizaci VDSL přípojky běžně
počítá s tím, že na jedno vedení bude připojeno více účastníků. Toto lze zrealizovat dvěma
způsoby. Aktivní ukončení sítě – na konci vedení je pouze jeden VDSL modem, na který je
napojen přepínač nebo koncentrátor (hub) a návazně jednotliví účastníci (PC). Pasivní
ukončení sítě – každá koncová stanice je připojena na vedení přes samostatný modem. Přístup
jednotlivých stanic k médiu je obvykle řešen deterministicky (lze použít i náhodný s detekcí
kolize), kdy každé stanici je určen určitý časový interval, ve kterém může vyslat svůj
požadavek na vysílání. Druhou variantou je rozdělení frekvenčního pásma upstreamu na
subpásma a přidělit je koncovým stanicím staticky nebo dynamicky.
Počítá se s provozem v synchronním transportním módu SDH (Synchronous Digital
Hierarchy) i s asynchronním přenosem ATM (Asynchronous Tranfer Mode). VDSL má
podobně jako ADSL v každém směru přenosu k dispozici dva kanály využívající chybovou
korekci. Díky limitovanému dosahu naleznou systémy VDSL uplatnění zejména v lokálních
sítích LAN a v hybridních sítích FTTB a FTTC, kde zajistí poslední úsek přenosu od
zakončení optické sítě k uživateli.
Tab. 5.4 Srovnání některých technologií xDSL
Technologie
Symetrie
Výrazné znaky
Podpora
POTS
ADSL
Asymetrické
Do 8Mb/s downstream / do 800kb/s upstream,
na jednom páru
Ano
HDSL
Symetrická
1,5 nebo 2 Mb/s,
Ne
dva až tři páry
VDSL
Asymetrická / Symetrická
Do 52Mb/s downstream / do 1,5Mb/s upstream,
na jednom páru
Ano
18
5.3.5 Digitální účastnická přípojka typu BDSL
Digitální účastnická přípojka BDSL je určená na distribuci většího počtu signálů, které
se přenášejí běžným metalickým párem spolu s analogovou účastnickou přípojkou nebo
ostatními technologiemi xDSL. Analogové videosignály jsou digitalizované a spolu
s digitálními TV signály jsou podrobeny kompresi (např. MPEG). Koncepce přípojky BDSL
je uvedena na obr. 5.16.
BDSL
A/D
Anal. TV
Digitální TV
K
O
M
P.
DSS
M - F1
M -Fn
ADSL/HDSL
1
m
Účastnické
přípojky
ADSL/HDSL
Obr. 5.16 Koncepce přípojky BDSL
Přípojka BDSL nemá v současnosti podporu na úrovni standardu, dá se chápat jako
pokus o alternativní náhradu koaxiálních rozvodů CATV pomocí účastnických metalických
přípojných vedení.
1. Jaké znáte nejpoužívanější technologie typu xDSL?
2. Porovnejte nejdůležitější parametry a způsob využití.
19
5.4 Optické přístupové sítě, vlastnosti OLT, ONU, optická
distribuční síť, PON a AON
Anotace:
V této kapitole budou vysvětleny základní vlastnosti optických sítí a jejich
použití, referenční konfigurace optických sítí a jejich základní prvky a typy
optických distribučních sítí.
Osnova:
5.4.1 Referenční konfigurace optické přístupové sítě
5.4.2 Všeobecné vlastnosti zakončení OLT a ONU
5.4.3 Optická distribuční síť
Cílem všech operátorů telekomunikačních sítí je vytvoření sítě, která bude poskytovat
všechny služby požadované účastníky, to znamená služby úzkopásmové i širokopásmové,
interaktivní i distribuční. Optické přístupové systémy mají v současnosti tři typické aplikační
oblasti:
•
Systémy určené pro přenos úzkopásmových telekomunikačních služeb s kapacitou do
2 Mb/s.
•
Systémy pro přenos distribučních služeb typu CATV.
•
Širokopásmové, multifunkční systémy.
Optickou přístupovou sítí rozumíme soubor technologických zařízení,zařazených mezi
koncovými body spojovací sítě a sítě účastnického rozvodu, ve které se jako dominantní
přenosové médium používá optické vlákno. Často se používá označení FITL (Fibre in the
Loop). Fyzická architektura sítě bývá nejčastěji stromová, hvězdicovitá případně kruhová,
logická architektura, s ohledem na koncentraci účastnického provozu do přípojného bodu ke
spojovací síti, je stromová.
5.4.1 Referenční konfigurace optické přístupové sítě
Referenční konfigurace optické přístupové sítě (obr. 5.17) obsahuje tyto funkční bloky:
•
Optickou distribuční síť ODN (Optical Distribution Network).
•
Zakončení ODN v místě připojení na spojovací síť OLT (Optical Line Termination).
•
Zakončení ODN v místě připojení sítě účastnických přípojek ONU (Optical Network
Unit).
•
Řízení přístupové sítě, která má rozhraním Q3 přístup do TMN.
•
Rozhraní sítě směrem ke spojovací síti zabezpečující přístup ke službám SNI (Service
Network Interface) a k účastnickým terminálům UNI (User Network Interface).
•
Pomocné jednotky SU (Service Unit) zabezpečující adaptační funkce rozhraní
z hlediska služeb a jednotky AU (Auxiliary Unit) zabezpečující nadstandardní typy
rozhraní.
20
Technologické zázemí vytvářející funkční bloky OLT, ONU a ODN představuje
přístupový systém, který doplněním přenosového prostředí, dotváří přístupovou síť. Vnitřní
referenční body R/S (Recieve/Send) představují body optoelektronické konverze a vymezují
optickou distribuční síť.
Q3
Řízení přístupové sítě
ONU
OLT
AU
ODN
ONU
SU
R/S
SNI
R/S
UNI
Obr. 5.17 Referenční architektura optické přístupové sítě
5.4.2 Všeobecné vlastnosti zakončení OLT a ONU
Zakončení optické distribuční sítě, tedy jednotky OLT a ONU, můžeme rozdělit do
třech základních funkčních bloků (obr. 5.18):
•
Jádro systému.
•
Funkce přístupu k službám.
•
Společné funkční jednotky
Spojovací
síť
Funkce služeb
Jádro systému
.
.
.
TUIF
.
.
.
ODNIF
DCCF
TMF
ODNIF
Společné
PSF
OAMF
TUIF
SPF
funkce
M F/Q3
Obr. 5.18 Funkční bloky jednotky OLT
Optická
distribuční
síť
21
Jádro systému tvoří soubor transportních funkcí TMF (Transmission and Multiplex
Function) a spojovacích funkcí DCCF (Digital Crossconnect Function), které seskupují
přicházející kanály z jednotlivých SNI do transportních toků a zabezpečují komutaci
přítokových kanálů do výstupních toků s plnou dostupností. Ty jsou směrovány do ODN přes
systémové rozhraní s funkcí EOC (Embedded Operations Channel), což zabezpečují bloky
ODNIF (Optical Distribution Network Interface Function). Přístup ke spojovací síti a tím
k službám zabezpečují bloky TUIF (Tributary Unit Interface Function). Blok SPF ( Signalling
Processing Function) vykonává konverzi mezi systémovou signalizací a signalizací v síti a
naopak. Společné funkce zabezpečují řídící funkce systému s přístupem k celosíťovému
managementu TMN blokem OAMF (Operation, Administration and Maintenace Function).
Napájení zabezpečuje blok PSF (Power Supply Function).
Podobně jsou definované funkční bloky v jednotce ONU (obr. 5.19). Částečný tok se
demultiplexuje v závislosti od jednotlivých služeb v jednotce C&SMF (Customer and Service
Multiplex Function). Tok, příslušný konkrétní službě se distribuje k příslušnému
účastnickému portu.
Jádro systému
Optická
distribuční
síť
ODNIF
TM F
Funkce služeb
CaSM F
SIF
Účastnické
porty
.
.
.
Společné
funkce
OAM F
PSF
SIF
Obr. 5.19 Funkční bloky jednotky ONU
5.4.3 Optická distribuční síť
Optická distribuční síť představuje přenosový systém mezi OLT a jednotlivými ONU.
Obsahuje primární transportní část a sekundární distribuční část. Obě jsou oddělené
distribučním bodem DP (Distribution Point), jehož technologie má klíčový význam
z hlediska vlastností ODN. V závislosti od realizace DP může ODN:
•
mít pasivní nebo aktivní charakter,
•
být vytvořená jedním nebo více optickými úseky, s čím souvisí přídavná konverze
EOC v DP (obr. 5.20).
Aktivní DP
s EOC
Víc optických
úseků
Pasivní DP
bez EOC
Jediný optický
úsek
Obr. 5.20 Klasifikace ODN podle funkčních DP
22
Při pasivní optické síti PON (Passive Optical Network) se DP řeší pasivní technologií
optickým vazebním členem. Optoelektronická konverze v síti PON se uskutečňuje jen
v okrajových rozhraních ODN, přes vlastní ODN prochází signál v optickém tvaru bez
přídavné EOC. Je možno tuto síť tedy klasifikovat jako plně optickou síť s jediným optickým
úsekem, tzv Singe-Hop Network. Optická síť PON má dvě základní architektury – stromovou
a sběrnicovou (obr. 5.21). Přenosovým médiem je jednovidové optické vlákno.
BP
DP
OLT
ONU
OLT
S/C
S/C
S/C
R/S
ONU
ONU
ONU
BO
Obr. 5.21 Stromová a sběrnicová struktura PON
Z hlediska přístupových metod v sítích PON přichází v úvahu TDM/TDMA,
WDM/WDMA a jejich kombinace. Nejčastěji se používá TDM/TDMA, v tomto případě
pracuje PON v režimu bod – více bodů. Distribuční bod představuje jednoduchý, neselektivní
vazební člen, který rozděluje přivedený optický tok do většího počtu směrů a v opačné směru
slučuje přicházející toky do toku jediného. Při použití WDM v nejjednodušším případě má
každé spojení ONU – OLT exkluzivně přidělené optické nosné s vlnovou délkou λi a λk.
Spojovací pole CC v OLT rozděluje toky přicházející ze spojovací sítě přes přítokovou
jednotku TU do multiplexních toků TDM, směřujících do jednotlivých ONU.
Optoelektronická konverze se pro každý tok TDM děje v pevně naladěném EOC na vlnové
délce λi.. Modulované optické toky se sloučí do společného toku vlnovým multiplexem (obr.
5.22).
OLT
WDM/TDM
E/O
TU
CC
E/O
E/O
LE
λ1
λ2
λn
WDM
Σλ
WDM
λ1
EDFA
ONU 1
λ2
EDFA
ONU 2
λn
EDFA
ONU n
Obr. 5.22 Přístupová síť WDM / TDM
Při použití aktivního distribučního bodu hovoříme o aktivní optické síti AON (Active
Optical Network). Když budeme uvažovat o celooptické síti s WDMA, může aktivní DP
zvyšovat flexibilitu sítě zavedením vlnové konverze jen optické oblasti, bez použití EOC
(obr.5.23).
OLT
Σλ
WDM
λ1
λj
λk
λs
λt
λv
λu
23
WDM
Σλ
Obr. 5.23 Aktivní DP s optickou vlnovou konverzí
Ve všech ostatních případech DP zabezpečuje přídavnou EOC, takže optický přenos
probíhá po úsecích. Síť tohoto typu označujeme pojmem Multi-Hop Network. Aktivní DP má
v porovnání s pasivním navíc dvě hlavní funkce, optoelektronickou konverzi a spojovací
funkci (obr. 5.24).
DP
OLT
O/E
CC
E/O
OLT
Obr. 5.24 Aktivní DP s síti AON
1. Popište základní bloky konfigurace optické přístupové sítě?
2. Jaký je rozdíl mezi PON a AON?
24
5.5 Úzkopásmové optické sítě, vlastnosti a řízení
Anotace:
V této kapitole je popsáno využití optických sítí v oblasti úzkopásmových služeb,
jejich funkčních bloků a konfigurace.
Osnova:
5.5.1 Funkční bloky a konfigurace úzkopásmové optické sítě
Pasivní úzkopásmové přístupové sítě poskytují na účastnickém rozhraní přenosovou
kapacitu nejvíc 2 Mb/s. Účastnické rozhraní musí podporovat všechny typy telefonních
přípojek, jako jsou analogové přípojky,digitální přípojky základního i primárního přístupu
propojení pronajatých okruhů do kapacity 2 Mb/s. Základní funkční celky tvoří (obr. 5.25):
•
linkové zakončení OLT,
•
minimálně jedna pasivní distribuční síť,
•
minimálně jedna jednotka ONU.
S/T
TE
V5
NT - 1
N-ISDN
TE
DP
S, Z
T
TE
TE
R
NT - 2
AF
NT - 1
TE
Z
ONU
NT
TE
OLT
V, Z
NT
IDN,
Analogová
síť
Obr. 5.25 Konfigurace úzkopásmové PON
Účastnické terminály jsou připojené standardními rozhraními buď přímo k ONU, nebo
přes externí síťové zakončení NT. Připojení s nestandardním rozhraním se řeší přídavnou
jednotkou AU. Spolupráci se spojovou sítí zabezpečují rozhraní V5.1 nebo V5.2. Kapacita
sítě se vyjadřuje ekvivalentem kanálu B s přenosovou rychlostí 64 kb/s.
5.5.1 Funkční bloky a konfigurace úzkopásmové optické sítě
Jednotka OLT obsahuje tyto hlavní funkční části (obr. 5.26):
•
Přítokové jednotky TU (Tributary Unit), které konvertují 2Mb/s toky z rozhraní V5 do
formátu pro spojovací pole CC (Crossconnect).
•
Signalizační jednotky SIU (Signalling Unit), která konvertuje účastnickou signalizaci
z rozhraní V5 do formátu pro přenos přec ODN.
25
•
Spojovací pole CC (Crossconnect), které demultiplexuje přítoky na jednotlivé kanály
a ty směruje do jednotlivých ODN.
•
Rozhraní s funkcí optoelektronické konverze, vytvářející systémové rozhraní U1AN.
•
Systémovou řídící jednotku.
TU
ISDN
IDN
Analog.
síť
E/O
TU
V5.x
ODN
CC
SIU
E/O
U1AN
TUx
Z, V
Q3
Řízení
Obr. 5.26 Funkční bloky OLT
Jednotka ONU obsahuje obvod vstupního rozhraní s funkcí konverze O/E, spojovací
pole CC a bloky účastnických rozhraní (obr. 5.27).
O/E
ODN
SU
U1AN
CC
E/E
SU
SAN
Z/V
Řízení
Obr. 5.27 Funkční bloky ONU
V aktivní přístupové síti je nahrazen pasivní DP aktivním prvkem (obr. 5.28).
O/E
ODN
U1AN
E/O
CC
E/E
U2AN
Řízení
Obr. 5.28 Funkční bloky aktivního DP
26
5.6 Multifunkční širokopásmové přístupové sítě
Anotace:
V této kapitole je popsáno využití optických přístupových sítí v oblasti
širokopásmových služeb, hlavně z pohledu přenosu technologie ATM přes
optickou síť. Jsou zde uvedeny základní přenosové protokoly a popis
širokopásmového rozhraní VB.
Osnova:
5.6.1 ATM buňka přes přístupovou síť
5.6.2 Přístupové protokoly
5.6.2.1 Všeobecný protokol typu FIFO
5.6.2.2 Rámcově organizovaný protokol
5.6.2.3 Protokol dynamické alokace
5.6.3 Rozhraní VB
Protože pro širokopásmovou digitální síť s integrovanými službami B – ISDN
(Broadband ISDN) byl jako standard zvolen asynchronní přenosový mód ATM
(Asynchronous Transfer Mode), musí přístupová síť zabezpečit univerzální přístup ke
službám a pracovat v tomto přenosovém módě. Díky velkým přenosovým rychlostem
v transportní části (řádově Gb/s) je nejvhodnější přenosové médium optické vlákno.
Kombinací obou technologií vzniká širokopásmová přístupová síť ATM – PON.
Architektura ATM – PON (obr. 5.29) principiálně vychází z architektury
úzkopásmové PON a můžeme na ni plně aplikovat všeobecný referenční model. Rozdíly jsou
ve funkcích jednotlivých bloků a v rozhraních. Rozhraní jednotky OLT směrem ke
spojovacímu uzlu ATM představuje širokopásmové rozhraní V5B. Zakončení distribuční sítě
je v jednotkách ONU, přes které jsou připojené širokopásmové síťové zakončení BNT
(Broadband Network Termination), nebo jsou už součástí ONU. Terminály jsou k BNT
připojené rozhraním SB, rozhraní umožňují připojit terminály kompatibilní s technologií
ATM, na terminály s menším nárokem na šířku pásma musí být síť doplněná o blok adaptační
funkce AF (Adaptation Funcion), který zabezpečuje spolupráci s prostředím ATM. Úsek sítě
mezi OLT a ONU je vytvořen pasivní optickou sítí.
TE-xxx
SB/TB
V 5B
BNT - 1
B-ISDN
TE-ATM
TE-BB
TE-NB
R
DP
SB
BNT - 2
TB
BNT - 1
ONU
OLT
V5
AF
N-ISDN
TE-xxx
AF
Obr. 5.29 Architektura přístupové sítě ATM - PON
27
V širokopásmové síti se předpokládá podstatně menší počet koncových terminálů,
přenosové rychlosti na účastnických portech jsou řádově shodné s rychlostí v transportní části
ODN. Základní přenosové médium je pár jednovidových optických vláken, přenos je
organizován metodou TDM / TDMA. Z funkčního hlediska vznikají v okrajových částech
OLT a ONU rozdíly, které souvisí s použitým přenosovým módem a vyšších přenosových
rychlostí na účastnickém portu:
•
Přenosová rychlost na rozhraních V a T se pohybuje od 2 Mb/s do 622 Mb/s,
v transportní části je to od 622 Mb/s až do 2,5 Gb/s.
•
Z přenosové rychlosti vyplývají vysoké nároky na fyzickou vrstvu.
•
Vždy jde o paketový provoz v režimu bod – více bodů.
•
Je možné použít různé přístupové metody, nejčastěji se používají TDM / TDMA.
•
Použitím ATM vznikají přídavné nároky na prvky přístupové sítě:
•
modifikace protokolu používaného na rozhraní SNI - V5B,
•
bezkolizní přenos buněk přes ATM – PON v obou směrech,
•
multiplexování a demultiplexování spojení ATM na úrovni virtuálních cest a /
nebo virtuálních kanálů,
•
podporu dynamického přidělování přenosové kapacity,
•
nutnost účinného přístupového protokolu MAC (Medium Access Control).
Při použití technologie ATM v přístupové síti jsou dva způsoby organizace sítě.
V prvním případě vrstva ATM podporuje adresaci buď na úrovni virtuálních kanálů VC
(Virtual Chanel) nebo virtuálních cest VP (Virtual Path). Druhý způsob přesouvá spojování
na úrovni virtuálních kanálů i cest – VP/VC crossconnect.
5.6.1 ATM buňky přes přístupovou síť
Jelikož počet širokopásmových terminálů je malý, není nutné využívat kompletní
adresování dané hodnotami VPI (Virtual Path Identifier) a VCI (Virtual Chanel Identifier), ale
postačí rozlišení na úrovni VPI. Na rozhraní NNI (Network Network Interface) mezi
spojovací a přístupovou sítí se používá formát ATM buňky. V okrajových zařízeních
přístupové sítě se jednotlivým spojením musí přidělit systémová hodnota VPI (SVPI), která
vychází z původních hodnot VPI/VCI, navíc musí respektovat:
•
Optická přístupová síť může současně používat větší počet operátorů.
•
Na straně terminálů (TB)se mohou vyskytovat stejné hodnoty VPI.
•
Vzhledem k dynamickému přidělování přenosové kapacity a řízení přístupu na
médium je třeba rozlišit spojení při přenosu přístupovou sítí i podle typu a parametru
služby.
•
Některé hodnoty VPI a VCI jsou předdefinované doporučeními ITU pro identifikaci
metasignalizace, skupinové volání, přenos údržbových a prázdných buněk apod.
28
Tx
Vy
TE
TE
TE
Tx,VPIx
SVPI
SVPI
V y,VPIy
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
ATM
PON
Přepočítávací tabulka
hodnot VPI
Místní ústředna
Přepočítávací tabulka
hodnot VPI
Obr. 5.30 Přepočet VPI pro přenos při přenosu ATM – PON
5.6.2 Přístupové protokoly
Úlohou přístupového protokolu MAC (Medium Access Control) je zabezpečení
přístupu ke společnému přenosovému médiu. Zabezpečuje bezkolizní přístup na bázi pevného
multiplexu a TDMA. Protože ATM s výhodou využívá princip dynamického přidělování
přenosové kapacity, není možné použít strukturu pevného multiplexu a protokol MAC
použitý v ATM – PON musí být doplněný o přídavný mechanismus přidělování přenosové
kapacity. Konkrétním zdrojem požadavků a cílem povolení je ONU, rozhraní T a jemu
přiřazená VP. Požadavek obsahuje informaci o nárokované kapacitě vyjádřenou délkou fronty
buněk ATM vyrovnávací paměti, povolení definuje počet buněk, které se mohou přenést
k OLT.
5.6.2.1 Všeobecný protokol typu FIFO
V tomto typu protokolu všechny řídící jednotky vysílají požadavky na povolení přístupu
s definovanou požadovanou přenosovou kapacitou a vytvářejí frontu, která je obsluhovaná
na principu FIFO (First in, First out), tzn. posílá povolení v tom pořadí, v jakém přišli
požadavky. Na potlačení hromadění buněk ve vyrovnávací paměti a nárůst opoždění jsou
časové odstupy buněk, nesoucích požadavky, řízeny v závislosti šířka pásma přidělené
každému zakončení.
5.6.2.2 Rámcově organizovaný protokol
V tomto typu přístupového protokolu se pro oba směry přenosu používají rámce
s periodou 125 μs. Rámec ve směru přenosu k OLT se skládá z bloků dat od jednoho ONU a
má dvě části:
•
řídící, do které terminály vkládají požadavky na přenos,
•
informační, do které terminály vkládají bloky buněk ATM.
5.6.2.3 Protokol dynamické alokace
Protokol dynamické alokace DAA (Dynamic Allocation Algorithm) řídí přidělování
přenosové kapacity tak, aby ONU s nejvyšší okamžitou hodnotou toku buněk byla obsloužená
první a měla přidělenou takovou přenosovou kapacitu, jakou požadovala. V OLT se rychlost
příchodu buněk odvozuje od délky fronty příchodů. Sledováním příchodu buněk a časů mezi
příchody může OLT stanovit předpokládanou intenzitu generování buněk jednotlivými ONU.
29
5.6.3 Rozhraní VB
Širokopásmová přístupová síť se nachází mezi rozhraními TB a VB. Mimo zabezpečení
širokopásmových přenosů musí být schopná připojit i účastnické přípoje s menší
požadovanou kapacitou. Nároky na rozhraní vyplývají z provozu v prostředí s větším počtem
síťových operátorů a z dnes již definovaných protokolů pro širokopásmovou síť B-ISDN,
pro kterou musí být rozhraní plně transparentní. Existuje několik typů rozhraní VB:
•
Rozhraní VB1 – zabezpečuje individuální přístup účastníka do sítě, má několik variant
podle přenosového výkonu:
•
VB11 150Mb/s symetricky v obou směrech (fyzická rychlost 155,52 Mb/s),
•
VB12 nesymetricky 150 Mb/s k síti a 600 Mb/s směrem k účastníkovi,
•
VB13 symetricky 600 Mb/S (fyzická rychlost 622 Mb/s),
•
VB14 nesymetricky 600 Mb/s k síti a 150 Mb/s směrem k účastníkovi.
•
Rozhraní VB2 – zabezpečuje připojení koncentračních zařízení.
•
Rozhraní VB4 - zabezpečuje připojení multiplexních zařízení.
•
Rozhraní VB5 - zabezpečuje připojení širokopásmové přístupové sítě.
•
Rozhraní VB6 crossconnectu ATM.
Rozhraní VB5 je možné považovat za všeobecné rozhraní širokopásmové přístupové
sítě, protože při použití přístupové sítě plní funkce koncentrační, spojovací i multiplexní.
Fyzickou vrstvu tohoto rozhraní tvoří většinou přenosový modul SDH (Synchronous Digital
Hierarchy) s přenosovou rychlostí 155 nebo 622 Mb/s. Používá se zde speciální řídící
protokol, který funkčně vychází z protokolu LAPV5a a používá podobné typy zpráv. Nazývá
se LAIP (Local exchange Access network Interaction Protocol). Každá zpráva se přenáší
jednou ATM buňkou a pracuje se třemi typy zpráv a jejich potvrzeními:
•
požadavek na sestavení spojení přes přístupovou síť a její potvrzení,
•
požadavek na uvolnění spojení,
•
přenos chybových hlášení a jejich potvrzení.
1. Jaké přenosové rychlosti se používají v širokopásmových optických sítích?
2. Jaké se používají přístupové protokoly?
3. Vyjmenujte typy rozhraní VB.
B
30
5.7 Rádiové přístupové sítě
Anotace:
V této kapitole jsou uvedeny různé typy přístupových sítí, které využívají rádiové
rozhraní. Mezi nejdůležitější patří sítě, které využívají mikrovlnné rádiové spoje a
pevné bezdrátové sítě FWA.
Osnova:
5.7.1 Rozdělení rádiových sítí
5.7.2 Mikrovlnné rádiové spoje
5.1.3 Přístupový systém FWA
Použití rádiového přenosu v přístupové sítí vede na přístupových technologiích
označovaných jako RITL (Radio in the Loop), RLL (Radio Local Loop) případně WLL
(Wireless Local Loop). Použití rádiového přenosu má v porovnání s pevným přístupem
několik výhod:
•
rychlá instalace zařízení a kratší čas zřízení účastnické přípojky,
•
využití v geograficky problémových prostředí,
•
srovnatelné nebo nižší pořizovací náklady,
•
dočasné překlenutí nedostatečné kapacity,
•
využívat společný terminál pro mobilní a pevnou síť.
Za nevýhody lze považovat závislost tlumení na atmosférických vlivech, nutnost
frekvenčního plánu a někdy i přímou viditelnost mezi přijímací a vysílací částí.
Referenční model RLL definuje základní části RLL a příslušná rozhraní (obr. 5.31).
Prostředí pevné sítě, blok SS, je připojen rozhraním IF1 k jednotce řízení základnové stanice
BSC (Basic Station Controler). Rozhraní IF1 je standardizované rozhraní a v závislosti od
kapacity rádiové sítě bývá typu V5.x, V2 případně individuální účastnické analogové nebo
digitální rozhraní (Z, S). Jednotka BSC má připojenu minimálně jednu základnovou stanici
BS (Basic Station), která obsahuje rádiovou část systému. Mezi nimi je systémové rozhraní
IF3, které má na fyzické vrstvě typický charakter digitální účastnické přípojky UK nebo S2M.
Jednotka BSC současně zabezpečuje přístup k řídícím funkcím OAM (Operation.
Administration and Maintenance) bloku přes svého „agenta“ NMA (Network Management
Agent) přes rozhraní IF6 (typicky Q2 nebo Q3) a vnitřní systémové rozhraní IF2.Zakončení
rádiové sítě RT (Radio Termination) obsahuje rádiovou část účastnického přípoje, která
komunikuje s BS přes rozhraní IF4. Jednotka RT poskytuje na výstupu standardní účastnické
rozhraní IF5, ke kterému se připojují účastnické terminály TE.
IF4
SS
BSC
IF1
BS
RT
IF3
IF2
OAM
NMA
IF6
Obr. 5.31 Referenční model RLL
TE
IF5
31
Rádiový přístup v režimu bod – bod se používá obvykle jako alternativní řešení
transportního úseku. Směrový spoj v mikrovlnném pásmu je začleněný mezi spojovací síť a
koncentrační zařízení SS, které může představovat místní spojovací systém nebo sdružovací
účastnické zařízení (koncentrátor, multiplexor). Přenášejí se relativně velké kapacity (řádově
desítky Mb/s) ve frekvenčním pásmu 2 – 40 GHz.
Významnější z hlediska přístupových sítí jsou systémy v režimu bod – více bodů,
protože přirozeným způsobem koncentrují provoz k jednotlivým uzlům sítě.
5.7.1 Rozdělení rádiových přístupových sítí
Rozdělit rádiové sítě můžeme podle různých kritérií, jako struktura sítě, mobilita, přímá
viditelnost, technologie nebo dostupnost. Mezi nejznámější patří sítě buňkové GSM (Global
System Mobile), DECT (Digital Enhanced Cordless Telaphony), v pásmu ISM bezdrátové
Wifi a Bluetooth a pevné mikrovlnné spoje a pojítka.
5.7.2 Mikrovlnné rádiové spoje
Nejstarší široce využívanou formou bezdrátového přenosu v počítačové komunikaci
jsou směrové spoje. Dovolují rychle realizovat propojení nepříliš geograficky oddělených
lokálních sítí, zajistit jednotlivým účastníkům přístup k Internetu, a jistě by se daly uvést i
aplikace podobné.
Pro směrové spoje lze využít jak rádiové kanály v pásmech od zhruba 2 GHz do 60
GHz, tak vzdušné optické spoje. Rádiové směrové spoje využívají licencovaná pásma, v nichž
se poskytovatel služby postará o nerušený provoz (a ten pak může být úzkopásmový) i volně
použitelná pásma, kde musíme počítat s rušením a interferencí jiných služeb a uživatelů (a
nelze se obejít bez širokopásmových technologií, kterým se v následujícím textu chceme také
věnovat). Pevné spoje poskytují vysokou přenosovou rychlost a díky prostorovému
multiplexu i efektivní využití přenosových kanálů. Optické spoje jsou většinou omezené na
vzdálenost stovek metrů, a při vyšších výkonech musíme respektovat hygienická a
bezpečnostní omezení. Ve většině případů se jedná o konfiguraci bod – bod.
Přívlastkem mikrovlnné (microwave) se označují elektromagnetické vlny o extrémně
krátké vlnové délce resp. velké frekvenci, která je vlnové délce nepřímo úměrná. V praxi se
používají frekvence od 1 do 12 GHz (tj. vlnové délky přibližně 30 až 2,5 cm). Vlny o takto
vysoké frekvenci již lze, pomocí vhodných parabolických vysílacích antén, soustředit do
úzkého paprsku, a ten nasměrovat na přijímací anténu. Úzce soustředěný paprsek vykazuje
minimální rozptyl, dovoluje používat relativně malý výkon vysílače a je velmi odolný vůči
rušení. Na nižších frekvencích nelze dosáhnout potřebného soustředění, a na vyšších
frekvencích se již začíná znatelně projevovat nepříznivý vliv atmosférických jevů, jako např.
mlhy a deště.
Vzhledem k přímočarému šíření soustředěného paprsku elektromagnetických vln je
dosah mikrovlnných spojů omezen na přímou viditelnost vysílače a přijímače. Ta je určována
konkrétními geografickými podmínkami, a samozřejmě také zakřivením Země. Lze ji uměle
prodlužovat umisťováním vysílacích a přijímacích antén na co nejvyšší věže. V rovině, kde se
uplatňuje pouze vliv zakřivení zemského povrchu, je obvyklý dosah kolem 50 km.
Dosažitelná přenosová rychlost na mikrovlnných spojích je závislá na použitém frekvenčním
pásmu a možnostech přijímače a vysílače. Může dosahovat hodnot až 10 Mbit/sekundu.
32
5.7.3 Přístupový systém FWA
Technologie FWA (Fixed Wireless Access) je obecné označení pro skupinu technologií,
které umožňují zřízení pevné rádiové přípojky prostřednictvím obousměrného rádiového
spoje. Toto řešení je vhodné pro operátory bez vlastní přístupové infrastruktury, kteří chtějí
poskytovat širokopásmový přístup k internetu, zejména v oblastech, kde není možné nebo
účelné využívat účastnická vedení. Cílem FWA není podporovat mobilitu koncového
účastníka, naopak předpokládá se, že se pohybovat nebude. To je základní rozdíl mezi sítěmi
FWA a mobilními sítěmi.
Systémy FWA jsou obvykle založeny na struktuře bod – více bodů (Point-toMultipoint, P-MP), kde několik účastnických stanic (řádově desítky až stovky) je připojeno k
základnové stanici (přímo nebo přes opakovací, translační stanice), která je následně
propojena přes páteřní síť k internetu, telefonní sítí nebo k jiné síti. Účastníkům je tak nabízen
plný rozsah služeb konkrétní veřejné nebo privátní sítě, ke kterým mají přístup přes
standardní uživatelská rozhraní.
Širokopásmový přístup k internetu je nabízen provozovateli těchto systémů přímo, nebo
prostřednictvím dalších partnerů.V současné době existuje řada systémů FWA, jako např.
MMDS (Multi-channel Multi-point Distribution Services), LMDS (Local Multipoint
Distribution Service), WiMAX). Přenosové rychlosti poskytované účastníkům se pohybují v
rozsahu 64 kbit/s až desítek Mbit/s.
Některé systémy FWA v nižších pásmech (zejména 3,5 GHz) nevyžadují přímou
viditelnost NLOS (Non-Line-Of-Sight), což umožňuje efektivnější pokrytí v hustě
obydlených oblastech nebo v oblastech s nepřehledným terénem. Systémy FWA ve vyšších
pásmech (nad 10 GHz) vyžadují vždy přímou viditelnost.
Systémy pro širokopásmový přístup vycházejí z původních řešení mikrovlnných
pozemních systémů. LMDS (Local Multipoint Distribution Service; 26+ GHz) a MMDS
(Multi-channel Multi-point Distribution Services; 2; 3,5 a 10,5 GHz) představují první
generaci kategorií služeb FWA, odehrávající se povětšinou v licenčních pásmech. MMDS
nabízí nižší rychlosti za nižší cenu, zatímco LMDS nabízí vysoké rychlosti, v menším dosahu,
ovšem za podstatně vyšší ceny. Jejich porovnání je uvedeno v následující tabulce.
Tab. 5.5 Charakteristiky LMDS a MMDS
Typ
LMDS
MMDS
Pásmo
Nad 20 GHz, nejčastěji 26
GHz,licenční pásma
Jednotky GHz, nejčastěji 3,5 GHz,licenční
i bezlicenční pásmo
Dosah
Do 5 km
Do 30 – 50 km
Rychlosti
Max. stovky Mb/s
Max stovky kb/s až jednotky Mb/s
Náklady
vyšší
Nižší
Citlivost na rušení
Citlivé na zkreslení zhoršenými
povětrnostními podmínkami
Málo citlivé
určení
Velké podniky, vysoká hustota
účastníků v komerční budově
Malé podniky a domácí uživatelé, menší
hustota
LMDS s mnohabodovou topologií se příliš neliší od kabelové služby, protože
základnová stanice posílá informace všem koncovým uživatelům prostřednictvím rádiového
33
kanálu v jednom rádiovém sektoru a CPE si vybírají informace pro ně určené. Základnová
stanice může typicky poskytovat symetrickou kapacitu 500 Mbit/s pro sdílení mezi uživateli
v rámci jedné buňky. Přidělená kapacita na jednoho uživatele může být symetricky kolem 7
Mbit/s. Tuto kapacitu lze následně ještě sdílet z CPE prostřednictvím více portů mezi více
uživateli.
Infrastruktura páteřní sítě, která propojuje základnové stanice je v podstatě stejná jako
síť propojující DSLAM u ADSL, takže se technologie mohou užitečně doplňovat. LMDS
může překonat ADSL v kapacitě zpětného směru.
Rádiové spektrum přidělené přístupovým systémům (obvykle kolem 10, 26, 28 nebo 38
GHz) je konečné, takže je potřeba provést plánování využití rádiových zdrojů. Jedním ze
základních omezení LMDS je požadavek přímé viditelnosti mezi zákazníkem a základnovou
stanicí. Systémy používající milimetrové vlny negativně ovlivňuje déšť a sníh, protože
způsobují útlum signálu vedoucí ke zvýšení chybovosti na spoji. LOS a rušení mají dopad na
kapacitu systému LMDS, protože lze počítat s pokrytím pouze 50-70% potenciálních
zákazníků v buňce o nominálním poloměru 2 km.
Bezdrátová přístupová síť díky novým, otevřeným technologiím prožívá svoji
revitalizaci a brzy se bude moci stát zdatným konkurentem rychlého přístupu k Internetu
prostřednictvím xDSL, kabelových přípojek nebo optických sítí. Někdy se proto hovoří o
druhé generaci FWA, tedy širokopásmovém bezdrátovém přístupu BWA (Broadband
Wireless Access), na rozdíl od „starých“ bezdrátových místních smyček.
BWA lze realizovat jak v licenčním tak v bezlicenčním spektru. Řešení první míle
prostřednictvím bezdrátové technologie v bezlicenčním spektru zatím tvořilo pouze nepatrnou
část (kolem 1%) všech existujících širokopásmových přípojek. Nízká penetrace těchto
bezdrátových řešení se přisuzuje právě uzavřeným řešením založeným na firemních
technologiích.
Normalizované řešení BWA, dnes označované jako WiMax, nabízí trhu konečně
normalizovanou technologii, která docela jistě zahýbe zájmy výrobců a bezdrátových ISP, a
zákonitě se musí projevit zájmem koncových uživatelů. Tam, kde nedosáhne Wi-Fi, které
primárně není určeno pro venkovní komunikaci, může být úspěšně nasazená otevřená
technologie pro metropolitní bezdrátovou síť, zahrnující řešení první míle.
Širokopásmový bezdrátový přístup může tedy uspokojit primárně stacionární uživatele
(domácí i firemní), pro které bezdrátový přístup může být jediný možný nebo v dané lokalitě
nejvýhodnější. Šířka pásma přímo souvisí s nabízenou rychlostí pro uživatele. Proto se
širokopásmové sítě spíše orientují na spektrum jednotek až desítky GHz (licenční i
bezlicenční).
Hlavní výhodou systémů FWA je snadná a rychlá instalace, relativně nízké náklady na
vybudování přístupové infrastruktury a minimální požadavky na údržbu systému. Nevýhodou
využívání těchto systémů je existence vlastních řešení v různých kmitočtových pásmech s
různou dostupnou přenosovou kapacitou. Situaci komplikují také odlišné způsoby přidělování
kmitočtového spektra a udílení povolení v různých zemích.
V České republice se pro FWA v současnosti využívá kmitočtové pásmo 26 GHz. Sítě
FWA jsou kvalitou a spolehlivostí ekvivalentní pozemním optickým sítím.
34
5.8 Systémy standardu 802.11 a 802.15
Anotace:
V této kapitole jsou uvedeny dvě nejpoužívanější rádiové technologie z hlediska
koncového uživatele. Mezi ně patří technologie WLAN a Bluetooth.
Osnova:
5.8.1 Přístupové sítě WLAN
5.8.2 Technologie Bluetooth
5.8.2.1 Bluetooth rádio
5.8.2.2 Baseband
5.8.2.3Vrstvy a protokoly
5.8.2.4 Bluetooth profily
Institut inženýrů elektrotechniky a elektroniky IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers) je organizací, která se zaměřuje na vytváření řady počítačových
norem. Normy IEEE jsou označeny čísly. IEEE 802.11 je skupina bezdrátových síťových
norem charakterizovaných používáním rádiového spektra. Normy 802.11 sledují pravidla
stanovená institutem IEEE, jimiž se řídí řada síťových norem.
Bezdrátovými sítěmi se zabývají následující podvýbory IEEE 802:
•
IEEE 802.11 WLAN (Wireless Local Area Network).
•
IEEE 802.15 WPAN (Wireless Personal Area Network).
•
IEEE 802.16 WMAN (Wireless Metropolitan Area Network).
•
IEEE802.20 MBWA (Mobile Broadband Wireless Access).
•
IEEE 802.21 (Media Independent Handoff.)
•
IEEE 802.22 WRAN (Wireless Regional Area Networks).
Norma zabezpečení 802.1x poskytuje metodu pro autentizaci uživatelů, kteří chtějí
získat přístup na síť. Tato norma není specifickou normou pro wi-fi sítě, ale byla prohlášena
za řešení bezpečnostních mezer protokolu WEP. Tomu tak je proto, že norma zabezpečení
802. 1x je jednak bezpečnější a jednak nabízí autentizaci na základě serveru, což neplatí v
případě protokolu WEP.
5.8.1 Přístupové sítě WLAN
Přístupové sítě WLAN pracují v bezlicenčním pásmu ISM a současné době se nejvíce
vyvíjejí.
Přenos rádiových vln o kmitočtech v pásmu od 2,4 do 2,4835 GHz metodou přímo
rozprostřeného spektra DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) vysílač přeměňuje tok dat
(bitů) na tok symbolů, kde každý symbol reprezentuje skupinu jednoho či více bitů. Za použití
modulační techniky jako QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) vysílač moduluje nebo
násobí každý symbol pseudonáhodnou šumovou sekvencí (na tzv. čip). Tato operace uměle
zvětšuje použitou šířku pásma v závislosti na délce sekvence. DSSS dělí pásmo na 14 kanálů
35
po 22 MHz, které se částečně překrývají (pouze tři z nich se nepřekrývají vůbec). Sítě 802.11
založené na DSSS nabízejí povinně rychlost 1 nebo 2 Mbit/s, přičemž nižší rychlost je
používána jako záloha pro případy s rušeným prostředím.
Přenos rádiových vln o kmitočtech v pásmu od 2,4 do 2,4835 GHz metodou
rozprostřeného spektra s přeskakováním kmitočtů FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum) vysílá jeden nebo více datových paketů po jednom kmitočtu (pásmo se dělí do 75
podkanálů, každý o jednom MHz), pak přeskočí na jiný kmitočet a vysílá dál.
Způsob přeskakování mezi kmitočty se jeví jako náhodný, ale ve skutečnosti se jedná o
periodické pořadí známé vysílači i přijímači.
Různé konverzace ve WLAN se odehrávají podle odlišných klíčů, aby se
minimalizovala možnost současného využití téhož podkanálu. FHSS nabízí povinně rychlost
1 Mbit/s, volitelně 2 Mbit/s.
Přenos infračerveným zářením DFIR (Diffused Infrared) - povinně rychlostí 1 Mbit/s,
volitelně 2 Mbit/s. Infračervená varianta lokální datové komunikace je zásadně omezena na
jedinou kancelář nebo jiný souvislý prostor, neboť infračervené paprsky neprocházejí pevným
materiálem, a naopak dochází k odrazu. (Řešení na bázi infračerveného záření je podstatně
dražší než u rádiových sítí, takže se tato varianta používá jen zřídka.)
Volné kmitočtové pásmo 2,4 GHz využívají zařízení jako bezdrátové telefony, mikrovlnné
trouby i Bluetooth (průmyslová specifikace bezdrátové osobní sítě), takže může a musí
docházet ke vzájemnému rušení jednotlivých zařízení.
IEEE 802.11a
Jedná se o vysokorychlostní rádiovou normu pracující ve frekvenčním pásmu 5 GHz.
IEEE 802.11a používá ortogonální frekvenční multiplex OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing ) jako frekvenční modulaci a dosahuje nejvyšší rychlosti 54 Mbit/s.
IEEE 802.11b.
Jedná se o normu, která má vůdčí postavení mezi síťovými normami na bázi IEEE
802.11 a pracuje ve spektru rádiové frekvence 2,4 GHz s rychlostí 11 Mbit/s.
IEEE 802.11e
Norma 802.11e poskytuje kvalitu služeb pro sítě 802.11. Tato kvalita služeb QoS
(Quality of Service ) poskytuje některým datovým paketům prioritu před jinými pakety. QoS
se považuje za kritický faktor pro vytvoření robustní normy na bázi 802.11 vhodné pro
použití jako médium pro hlasovou a datovou komunikaci, jakož i pro multimediální aplikace.
IEEE 802.11g
Norma 802.11g, která je nejnovější z norem 802.11, pracuje ve stejném pásmu 2,4 GHz
jako norma 802.11b. Obdobně jako norma 802.11a, i norma 802.11g poskytuje vyšší rychlosti
přenosu dat (až do 54 Mbit/s) než 802.11b a používá OFDM technologii rozprostřeného
spektra. Vzhledem k tomu, že používá spektrum 2,4 GHz, jsou sítě na bázi 802.11g zpětně
kompatibilní s 802.11b.
36
5.8.2 Technologie Bluetooth
Vznik technologie Bluetooth vychází a realizuje koncept WLAN v menších rozměrech.
Je koncipovaná jako ekonomicky nenáročná s malým dosahem (obvykle do 10 m) pro
propojení zařízení v rámci jedné místnosti nebo dokonce jednoho uživatele. Tento koncept se
nazývá PAN (Personal Area Network) a slouží zejména k náhradě lokálních kabelů
bezdrátovým přenosem.
Většina bezdrátových technologií pro přenos na krátkou vzdálenost funguje
v nelicencovaném ISM (Industry, Scientific, Medical) pásmu od 2400 do 2483,5 MHz. Hrozí
tak potencionální riziko vzájemného rušení. To je sice částečně omezeno jejich koncepcí,
která s koexistencí počítá, ale stále znamená značná bezpečnostní a efektivní rizika.
5.8.2.1 Bluetooth rádio
Rádio vrstva představuje fyzickou vrstvu, tedy zahrnuje přijímač a vysílač pro
zprostředkování obousměrné komunikace.
Bluetooth funguje v nelicencovaném frekvenčním pásmu ISM (industry, science,
medical) v rozsahu 2,402-2,480 GHz. Toto pásmo je značným způsobem „ohrožováno“
potenciálním rušením různých zdrojů, zejména pak mikrovlnných trub a jiných bezdrátových
technologií (např. 802.11 b,g). Aby nedocházelo k fatálnímu zastavením přenosu z důvodu
obsazení některých přenosových kanálů rušením či jinou Bluetooth komunikací, umožňuje
technologie změnu přenosového kanálu tzv. „hop“ (skok). Využívá k tomu FHSS (Frequency
Hop Spread Spectrum).
Bluetooth rádio je nejnižší (fyzickou) vrstvou celého Bluetooth modelu. Zahrnuje
vysílač, přijímač a anténu. Pro různé radiové systémy je charakteristický jiný typ modulace
užitečného signálu na signál nosný. Nejčastějšími metodami je amplitudová modulace (ASK),
fázová modulace (PSK), frekvenční modulace (FSK) nebo stavová modulace (OOK). Pro
technologii Bluetooth byla vzhledem k poměru akceptovatelného SNR a dané BER, lepší
odolnosti vůči rušení a dalším vlastnostem zvolena frekvenční modulace. Vzhledem k tomu,
že povolená šířka kanálu je ovšem pouze 1 MHz, používá se pro filtrování užitečného signálu
dolní propusť s Gaussovou odezvou. Pomalejší změny mezi maximální a minimální
frekvencí snižují požadavky na šířku pásma. Takové modulaci pak říkáme Gaussovská
frekvenční modulace (GFSK).
Obr. 5.32 Užitečný signál před a po filtraci a odezva filtru
37
Vysílací a přijímací část Bluetooth zařízení tak obsahuje nejenom GFSK
modulátor/demodulátor, ale také generátor nosné frekvence, který je řízen generátorem „hop“
kódu. Generátory „hop“ kódu na vysílací i přijímací straně musí být dokonale
synchronizovány, aby přijímač vždy „naslouchal“ v tom kanále, ve kterém vysílač vysílá.
Nosná frekvence je měněna 1600-krát za sekundu podle dané posloupnosti frekvencí
(Hopping Sequence), která je pseudonáhodná a musí být před zahájením komunikace známá
generátorům „hop“ kódu na obou stranách přenosu. Během setrvání na jediném přenosovém
kanále je přenesen jeden Bluetooth paket.
Proto aby dvě Bluetooth zařízení mohla komunikovat pomocí FHSS musí tedy platit:
•
použití stejné množiny kanálů,
•
použití stejné posloupnosti frekvencí,
•
vzájemné synchronizace pro změnu frekvencí,
•
zajištění toho, že jedno zařízení naslouchá v momentě, kdy druhé vysílá.
binární data
GFSK
modulátor
Vysílač
generátor
hop kódu
generátor nosné
frekvence
binární data
GFSK
modulátor
sy
nc
hr
on
iz
Přijímač
ov
án
y
generátor
hop kódu
generátor nosné
frekvence
Obr. 5.33Blokový diagram FHSS komunikačního systému
FHSS je naprogramováno tak, aby pracovalo s danou množinou nosných frekvencí,
která je nazývána množinou kanálů (channel set). Pro technologii Bluetooth množina kanálů
sestává z frekvencí
fC = 2,402 + kGHz pro k = 0, 1, 2, ... ,78
(5.1)
což znamená, že je zde 79 množných frekvenčních kanálů, každý z nich je 1 Mhz široký, pro
pásmo od 2,402 do 2,480 GHz.
Sekvence, která udává v jakém pořadí jsou kanály střídány, je nazývána posloupností
frekvencí a má pseudonáhodný charakter. Pseudonáhodný proto, že je po určitou dobu
(periodu) opakována stejná sekvence. Doba trvání „hopping“ periody je 227 změn (hopů), což
při frekvenci 1600 hopů za sekundu znamená délku periody 23,3 hodin.
38
Bluetooth vysílač představuje zdroj elektromagnetického vlnění ve 2,45 GHz v ISM
pásmu. Samozřejmě dochází také k nežádanému vyzařování mimo povolené pásmo.
Bluetooth vysílače rozdělujeme do tří základní tříd:
•
Třída 1 … vysílací výkon 100 mW (20 dB).
•
Třída 2 … vysílací výkon 2,5 mW (4 dB).
•
Třída 3 … vysílací výkon 1 mW (0 dB).
Třída 1 musí podporovat funkci řízení výstupního výkonu (power control), u třídy 2 a 3
je tato funkce nepovinná. Tato funkce vyžaduje přijímač, který je schopný komunikovat
s vysílačem a předávat mu pokyny pro zvýšení či snížení vysílacího výkonu. Pokud se signál
přijímaný přijímačem pohybuje mimo stanovenou mez, vysílá přijímač požadavek na změnu
výstupního výkonu vysílače. Tato změna může být provedena buď s krokem 8 dB nebo 2 dB.
Bluetooth přijímač je klasickým radio detektorem. Při stanovené citlivosti přijímače
nesmí hodnota BER překročit 0,1%, což odpovídá 10-3. Předepsaná minimální citlivost
přijímače je -70 dBm (u komerčních přijímačů se citlivost pohybuje běžně mezi -80 a -85
dBm). Aby nedocházelo k saturaci přijímačů, je stanovena i horní hranice intenzity
přijímaného signálu na -20 dBm. Nejdůležitějším parametrem charakterizujícím přijímač je
jeho odolnost vůči rušení. C/I poměr je poměr mezi užitečným (C) a rušivým (I) signálem.
Tab. 5.6 Předepsané parametry C/I poměru
Požadavky
C/I poměr pro tentýž kanál
C/I poměr pro sousední kanály (1 MHz)
C/I poměr pro sousední kanály (2 MHz)
C/I poměr pro sousední kanály (≥3 MHz)
Standardní přijímač
11 dB
0 dB
-30 dB
-40 dB
Vylepšený přijímač
8 dB
-10 dB
-30 dB
-40 dB
5.8.2.2 Baseband
Hlavním úkolem vrstvy Baseband je sestavení paketů a jejich předání Radio vrstvě.
Jelikož je potřeba zajistit, aby v daný okamžik na jedné straně vysílal vysílač a na druhé byl
připraven „naslouchat“ přijímač, plní důležitou úlohu pro funkci Bluetooh správná
synchronizace. Ta je zajištěna jedním ze zařízení, které je označováno jako „master“, ostatní
s ním komunikující zařízení jsou pak nazývány „slave“. Každé Bluetooth zařízení je schopno
plnit jak funkci „master“, tak funkci „slave“. Funkci „master“ zajišťuje zařízení, které
inicializuje spojení. Komunikace může probíhat buď pouze mezi zařízením „master“ a jedním
zařízením „slave“ (poin-to-point) nebo mezi zařízením „master“ a více zařízeními „Slave“
(point-to-multipoint). „Master“ může řídít až sedm „slave“ zařízení a komunikace probíhá
pouze mezi zařízením „master“ a „slave“, nikoliv mezi jednotlivými zařízeními „slave“.
Zařízení „master“ společně se zařízeními „slave“, které řídí, tvoří tzv. „pikosíť“ (piconet).
V rámci jedné oblasti lze také zabezpečit komunikaci mezi jednotlivými „pikosítěmi“ a celá
tato soustava Bluetooth sítí pak tvoří tzv. „rozptýlenou síť“ (scatternet).
A
B
39
C
M aster
Slave
Obr. 5.34 A spojení bod – bod, B pikosíť C rozptýlená síť
Základní struktura paketu je použita všemi aplikacemi. Paket obsahuje přístupový kód
(access code), který je 72 bitů dlouhý a zajišťuje synchronizaci bitů i slov, může obsahovat
identitu sítě nebo adresu příjemce. Paket dále obsahuje 54 bitů dlouhé záhlaví (Header), které
zahrnuje cílovou adresu, typ přenášených užitečných dat a informace pro kontrolu chyb. Jako
poslední je pak do paketu umístěna užitečná informace proměnné délky (max. 2745 bitů).
LSB
72 bitů
54 bitů
Přístupový kód
Záhlaví
(Access code)
0 - 2745 bitů
MSB
Užitečná informace
Obr. 5.35 Bluetooth paket
Bluetooth technologie využívá TDD principu. Čas přenosu je dělen do slotů, které jsou
625 μs dlouhé. Zařízení „master“ vysílá v lichých slotech a zařízení „slave“ v sudých slotech.
Každý přenos je uskutečněn na nové nosné frekvenci a v jednom slotu je přenášen pouze
jeden paket. Maximální doba trvání paketu je 366 μs (366 bitů), zbylý čas 259 μs je potřebný
pro změnu nosné frekvence.
Při tomto druhu komunikace zařízení „master“ opět využívá lichých slotů pro
komunikaci s jednotlivými zařízeními „slave“. V sudých slotech pak odpovídá pouze to
zařízení „slave“, které bylo zařízením „master“ v předcházejícím slotu vyzváno. V momentě,
kdy vysílá zařízení „master“ dekódují přijímače všech zařízení „slave“ pouze přístupová kód
a záhlaví a v užitečné informaci pokračuje pouze to zařízení, pro něž je paket určen. Pokud
zařízení „master“ vyšle broadcast paket, potom ho přijmou všechny přijímače, ale žádné ze
zařízení na něj neodpoví (následující slot je volný).
Ze slotu o délce trvání 625 μs je využito pro užitečnou informaci pouze 240 bitů z 366
bitů dlouhého paketu (66%). To odpovídá obousměrné přenosové rychlosti 384 kbit/s (192
kbit/s na uzel pro point-to-point komunikaci). Tato rychlost se ještě sníží kontrolou chyb. Pro
zvýšení propustnosti umožňuje Bluetooth přenos tříslotových a pětislotových paketů. Během
přenosu těchto paketů se nosná frekvence nemění. Tato frekvence se změní až po přenosu
paketu na hodnotu odpovídající frekvenci v případě, že by místo víceslotových byly
přenášeny jednoslotové pakety s běžnými změnami nosné frekvence.
40
Frekvence
f(k)
f(k+1)
f(k+2)
f(k+3)
f(k+4)
f(k+5)
f(k+6)
f(k+3)
f(k+4)
f(k+5)
f(k+6)
f(k+5)
f(k+6)
jednoslotový paket
Frekvence
f(k)
tříslotový paket
Frekvence
f(k)
pětislotový paket
Obr. 5.36 Bluetooth víceslotové pakety
Pro asynchronní linky rozlišujeme datové pakety se střední přenosovou rychlostí DM
(Data Medium) a s vysokou přenosovou rychlostí DH (Data High). U DM paketů je na pole
užitečných informací aplikován zkrácený Hammingův kód (15,10), zatímco pakety DH
nemají žádnou FEC. Podle toho, zda-li se jedná o jednoslotové, tříslotové nebo pětislotové
pakety, pak mluvíme o DM1, DH1, DM3, DH3, DM5 a DH5.
5.8.2.3 Vrstvy a protokoly
Protokol LMP (Link Manager Protocol) popisuje procedury používané k nastavení a
údržbě komunikace mezi Bluetooth zařízeními. Vrstva Link Controller poskytuje mnohem
komplexnější stavové operace, jako jsou „standby“, „spojeno“ (connect), „low-power“ (nízká
spotřeba) Vrstva Link Manager poskytuje řízení a konfiguraci linky prostřednictvím LMP.
LMP pakety neobsahují uživatelská data. Některé procedury:
•
autentifikace,
•
párování,
•
změna klíče linky,
•
kódování,
•
QoS,
•
SCO linky.
L2CAP (Logical Link Control and Adaption Protocol) sestavuje virtuální přenosové
kanály mezi koncovými hostitelskými zařízeními, které mohou provádět mnoho simultánních
operací, jako např. přenosy souborů. L2CAP také provádí segmentaci a desegmentaci
aplikačních dat. Připravuje data a monitoruje spojení pro spojově a nespojově orientované
služby.
41
Synchronní spojově orientované (SCO) linky jsou používány v případě, že hodnota
zpoždění je důležitější než neporušenost dat. Pakety jsou přenášeny ve specifických časových
slotech a nejsou nikdy přeposílány. Tyto linky jsou využívány zejména při obousměrném
přenosu hlasu v reálném čase.
Asynchronní nespojově orientované (ACL) linky jsou nutné v případě, že
neporušenost dat je důležitější, než případné zpoždění. Pakety jsou přenášeny ze strany
zařízení „slave“ pouze v případě, že ho v předchozím slotu k tomu zařízení „master“ vyzve.
V případě, že během přenosu dojde k porušení dat, což zjistí přijímač kontrolou chyb, je paket
přeposlán. Zařízení „master“ může také posílat broadcast pakety.
SDP (Service Discovery Protocol) vyhledává v okolí Bluetooth komponenta a zjišťuje
jeho nabídku služeb
Vrstva RFCOMM (Radio Frequency Communication) tvoří Bluetooth emulátor
sériového portu. Pod aplikační vrstvou jsou definovány různé protokoly, které jsou využívány
pro různorodé modely použití technologie Bluetooth.
Kromě přenosu dat může být Bluetooth technologie použita také pro obousměrný
přenos digitalizovaného hlasu v reálném čase. Tento typ dat tvořený aplikační vrstvou je
přenášen přímo do Baseband vrstvy přes HCI (Host Controller Interface), aby nedocházelo
k neakceptovatelnému zpoždění průchodem jednotlivými vrstvami. Jsou čtyři skupiny, které
přesně definují, jak budou jednotlivá rozhraní pracovat logicky a fyzicky.
•
HCI Funkční specifikace,
•
HCI USB transportní vrstva,
•
HCI RS232 transportní vrstva,
•
HCI UART transportní vrstva.
5.8.2.4 Bluetooth profily
Ke zvýšení efektivnosti komunikace mezi zařízeními byly definovány technologické
profily, které slouží k rozlišení technických možností jednotlivých zařízení a zajišťují jejich
vzájemnou slučitelnost na nejvyšší softwarové úrovni. Zatímco modely použití (usage
modules) popisují obecně aplikace a určená zařízení, profily mají za úkol specifikovat, jak
využít možnosti Bluetooth protokolu pro konkrétní kompatibilní zařízení. V současnosti je
stanoveno 13 profilů. Několik z nich je základních a používají je všechna zařízení podporující
tuto technologii.
42
Generic Access Profile
TCS - BIN
Service Discovery
Application Profile
Cordless
Telephony Profile
Intercom Profile
Serial Port Profile
Dial-up Netw orking
Profile
Generic Object
Exchange Profile
File Transfer Profile
Fax Profile
Object Push Profile
Headset Profile
Synchronization Profile
LAN Access Profile
Obr. 5.37 Bluetooth profily
Generic Access Profile (GAP)
Je to profil popisující použití dvou nejdůležitějších vrstev Bluetooth protokolu (Link
Manager Protocol (LMP) a Baseband Link Controller (LC)). Pro definování bezpečnostních
alternativ jsou v něm zahrnuty i vyšší vrstvy. Hlavními úkoly tohoto profilu je zavedení
definic, doporučení a základních požadavků souvisejících procedurami, které jsou využívány
transportními a aplikačními profily, popis chování zařízení v módu „standby“ a „spoleno“ pro
zajištění možnosti navázat spojení mezi Bluetooth zařízeními s důrazem na bezpečnostní
procedury, a kódování schémat, jmen procedur a parametrů.
Service Discovery Profile (SDP)
Je to profil používaný k lokalizaci služeb zařízení, které se nachází v dosahu, a jejich
nabídnutí uživateli. Přičemž výběr, zpřístupnění a užívání služeb není předmětem tohoto
profilu. SD interakce probíhá během používání Bluetooth zařízení.
Cordless Telephony Profile
Definuje protokoly a procedury zařízení, které implementuje modul pro poskytování
extra módu operací mobilního telefonu, který používá technologii Bluetooth v přístupu
k telefonním službám pevné sítě (telefon 3v1).
Intercom Profile
Je definován podobným způsobem pro přenos hlasu mezi pevnou sítí a mobilním
telefonem.
43
Serial Port Profile
Je využíván zařízeními, která používají Bluetooth ke komunikaci se sériovým portem
RS 232 jako náhradu za sériový kabel.
Dial-up Networking Profile
Je definován pro zařízení s implementovaným modelem nazývaným internet most
(Bridge). Nejčastěji používanými zařízeními je bezdrátový modem a mobilní telefon, která lze
použít pro vytáčený přístup k internetovému serveru nebo jako přijímač datových hovorů u
počítače.
Fax Profile
Je aplikace využívající model „Data Access Point Wide Area Networks“, konkrétně
tedy jeho faxové části. Pomocí bezdrátového modemu lze pak přijímat či vysílat faxy.
Headset Profile
Je další z profilů postavený pro přenos hlasových služeb prostřednictvím Bluetooth
(například bezdrátová sluchátka, mobilní telefon nebo osobní počítač). Náhlavní sluchátko
(Headset) může být bezdrátově připojeno a plnit úlohu jakéhosi vstupního i výstupního
zařízení, poskytující full duplex audio služby.
LAN Access Profile
Specifikuje přístup k LAN za použití point-to-point protokolu (PPP) přes RFCOMM.
PPP je v současnosti nejrozšířenější prostředek pro přístup k sítím, poskytuje autentifikaci,
kryptování, kompresi dat a další multiprotokolární možnosti (přístup PC nebo Bluetooth
zařízení do LAN).
Generic Object Exchange Profile (GOEP)
Je využíván speciálně pro aplikace poskytující modely použití, které vyžadují schopnost
výměny objektů. Model použití zde může být automatická synchronizace nebo přenos objektů
a souborů (notebook, PDA, mobilní telefony apod.).
File Transfer Profile
Je využívá GOEP k definici požadavků na kompatibilitu a slouží k umožnění přenosu
souborů (např. mezi počítačem a PDA). Kromě přenosu souborů lze do souborového systému
druhého zařízení i vzdáleně přistupovat, vytvářet a editovat adresářovou a souborovou
strukturu.
Object Push Profile
Definuje požadavky na procedury spouštěné aplikacemi, které poskytují Object push
model přičemž za pomoci GOEP jsou specifikovány požadavky na kompatibilitu vyžadované
44
aplikacemi (notebooky, PDA, mobilní telefony). Prakticky profil zaručuje předávání objektů,
jako jsou elektronické vizitky mezi Bluetooth zařízeními.
Synchronization Profile
Umožňuje výměnu tzv. PIM dat (Personal Identification Management) mezi Bluetooth
zařízeními (data typu adresář, telefonní seznam či položky adresáře).
V současné době probíhá proces konvergence telekomunikačních sítí a vznikají stále
nové technologie, které se pomalu protlačuji do všedního života. Je zřejmé, že dnešní priority
se dají shrnout do několika požadavků pro moderní telekomunikační, i když výstižnější bude
komunikační, systémy a to rychlost, dostupnost a kvalita služby.
1. Jaké znáte rádiové přístupové sítě?
2. Jaké rychlosti se dosahují technologií WLAN?
3. Vyjmenujte základní poznatky o Bluetooth.
4. Jaké znáte Bluetooth profily a jejich použití?
45
Seznam použité literatury:
[1]
BLUNÁR, Karol – DIVIŠ, Zdeněk. Telekomunikační sítě. 1. vyd. Ostrava: VŠB-TU
Ostrava, 2003. 619 s. ISBN 80-248-0391-7
[2]
VACULÍK, Martin Prístupové siete. 1. vyd. Žilina: Žilinská univerzita v Žilině, 2000.
189 s. ISBN 80-7100-706-4
[3]
VODRÁŽKA, Jíří. Přenosové systémy v přístupové síti. 1. vyd. Praha: ČVUT Praha,
2003. 180 s. ISBN 80-01-02660-4
[4]
VOZŇÁK, Miroslav QoS Adaptation in Voice over IP, International Conference RTT
2001, Brno, ISBN 80-214-1938-5.
[5]
VOZŇÁK, Miroslav Cesta hlasu z IP do PSTN, Connect! 11/2004, str. 34-36,
Computer Press Praha, ISSN 1211-3085.
[6]
VOZŇÁK, Miroslav Extent of services supported by Q-signaling over IP,
Communications 4/2004, p.89-93, Scientific letters of the University of Zilina, 2004,
ISSN 1335-4205.
[7]
GRATTON, Dean Bluetooth Profiles: The Definitive Guide, Prentice Hall PTR, 2003,
568 s., ISBN 0-13-009221-5
[8]
MORROW, Robert Bluetooth: Implementation and Use, McGraw-Hill Education,
2002, 567 s., ISBN 0-07-138779-X
[9]
BAKKER, Dee M., GILSTER, Diane McMichael Bluetooth End to End, , Hungry
Minds, Inc., 2002, 309 s., ISBN 0-7645-4887-5
46
Seznam použitých zkratek:
ADSL
AMI
AN
AON
ATM
AU
B-ISDN
BDSL
BER
BNT
BRA
BS
BSC
BWA
C&SMF
CAP
CATV
CBR
CC
CDMA
CT
DAA
DCA
DCCF
DECT
DL
DFIR
DMT
DP
DSL
DSSS
DWMT
EC
EF
EOC
ET
FCS
FDMA
FHSS
FTTT
FTTH
FTTB
FTTC
Asymetical DSL
Asymetrická digitální účastnická
smyčka
Alternate Mark Inversion
Linkový kód se střídavou změnou
polarity
Access Network
Přístupová síť
Active Optical Network
Aktivní optická síť
Asynchronous Tranfer Mode
Asynchronní přenosový mód
Auxiliary Unit
Pomocná jednotka rozšiřující funkce
Broaband ISDN
Širokopásmová ISDN
Broadband DSL
Širokopásmová úč. digitální přípojka
Bit Error Rate
Bitová chybovost
Broadband Network Termination
Širokopásmové síťové akončení
Basic Rate Access
Základní přístup ISDN
Basic Station
Základní stanice rádiových sítí
Basic Station Controller
Řídící jednotka základnových stanic
Broadband Wireless Access
Širokopásmový bezdrátový přístup
Customer and Service Multiplex
Funkce účastnického a službového
Function
multiplexu
Carrierless Amplitude/Phase
Amplitudově-fázová modulace bez
modulation
nosné
Cable TV
Kabelová televize
Constant Bit Rate
Konstantní bitová rychlost
Crossconnect
Komutační bod s úplnou dostupností
Code Division Multiple Access
Kódově dělený vícenásobný přístup
Coredless Telephony
Bezšnůrová telefonie
Dynamic Allocation Algorithm
Algoritmus dynamické alokace
Dynamic Channel Allocation
Dynamický výběr volného kanálu
Digital Crossconect Function
Funkce digitálního přepojovače
Digital Enhanced Cordless Telepnony Bezdrátová telefonie
Data Link layer
2. vrstva modelu OSI
Diffused Infrared
Infračervené záření
Discrete Multi-Tone
Diskrétní více tónová modulace
Distribution Point
Distribuční bod.
Digital Subscriber Loop
Digitální účastnická smyčka
Direct Sequence Spread Spectrum
Přímo rozprostřené spektrum
Discrete Wavelent MultiTone
Diskrétní vlnová vícetónová modulace
Echo Cancellation
Potlačení ozvěny
Envelope Function
Funkce obálky
Embedded Operations Channel
Přídavný řídící kanál
Exchange termination
Ukončení na strne uvedli
Frame Check Sequence
Kontrolní pole správnosti přenosu
Frekvency Division Multiplex Access Frekvenčně dělený vícenásobný
přístup
Frequency Hopping Spread Spectrum Rozprostřené spektrum s frekvenčním
skákáním
Fibre to the Terminal
Vlákno ukončené v terminálu uč.
Fibre to the Home
Vlákno ukončené v bytě
Fibre to the Building
Vlákno ukončené v budově
Fibre to the Curb
Vlákno ukončené v chodníku
FTTE
FRT
FSAN
GAP
GSM
HDLC
HDSL
HSI
IDSL
IEEE
ISDN
ISM
ITU
LAP
LAPD
LAPV5
LAN
LC
LMDS
LT
MAC
MAN
MMDS
MSU
NT
OAM
OAMF
ODN
OFDM
OLT
ONT
ODNIF
ONU
OSAN
OSI
PAN
PDH
PON
POTS
PRA
PSF
PSK
Fibre to the Exchange
Fixed Radio Termination
Full Service Access Network
Generic Access Profile
Global System for Mobile
47
Vlákno ukončené v ústředně
Pevné zakončení rádiové sítě
Zabezpečení všech dostupných služeb
Všeobecný přístupový mobil
Globální systém pro mobilní
komunikaci
High Level Data Link Contrel
Řídící procedury linkové vrstvy
High bitrate DSL
vysoko rychlostní DSL
High Speed Interface
rozhraní s velkou přenosovou kapacitu
ISDN DSL
Digitální přípojka ISDN
Institute of Electrical and Electronis
Ústav elektronického a
a engeneering
elektrotechnického inženýrství
Integrated Services Digital Network
Digitální síť sinte grovanými handicap.
Industry, Scientific, Medical
Průmysl, věda, medicína
International Telecommunication
Mezinárodní telekomunikační
Union
organizace
Link Access Procedure
Procedura řízení na 2. vrstvě
Link Access Procedure on D
Procedura řízení na 2. vrstvě D kanál
Link Access Procedure On V5
Procedura řízení na 2. vrstvě V5l
Local Area Network
Lokální datová síť
Link Control
Logická linka
Local Multipoint Distribution Service Místní vícebodová distribuční sližba
Line Terminator
Linkové zakončení
Medium Access Control
Řízení přístupu na přenosové médium
Metropolitan Area Netrork
Metropolitní síť
Multi-channel Multi-point Distribution Vícekanálová, vícebodová distribuční
Services
služba
Multiple SU
Jednotka SU s více porty
Network Termination
Síťové zakončení
Operation, Administration and
Řízení, administrace a údržba
Maintensment
Operation, Administration and
Funkce řízení, administrace a údržby
Maintenace Function
Optical Distribution Network
Optická distribuční síť
Orthogonal Frequency Division
Ortogonální frekvenční multiplex
Multiplexing
Optical Line Termination
Optické zakončení linkové
Optical Network Termination
Optické síťové zakončení
Optical Distribution Network Interface Funkce rozhraní pro optickou
Function
distribuční síť
Optical Network Unit
Optická síťová jednotka
Optical Subscriber Access Node
Optický přístupový bod účastnický
Open System Interconnection
Otevřený systém spojování a přenosy
Personal Area Network
Osobní síť
Plesisynchronous Digital Hierarchy
Digitální hierarchie skoro synchronní
Passive Optical Network
Pasivní optická síť
Plain Old Telephone Service
Stará pozemní telefonní služba
Primary Rate Access
Primární přístup ISDN
Power Supply Function
Funkce napájení
Phase Shift Keying
Fázový posun - modulace
48
PSTN
QAM
QoS
QPSK
RITL
RLL
RSU
RT
SCMA
Public Subscriber Telephone Network
Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Radio In The Loop
Radio Local Loop
Remote Subscriber Unit
Radio Termination
Subcarrier Multiple Access
SDH
SNI
SPF
SVPI
TDMA
TMF
TMN
Synchronous Digital Hierarchy
Service-Network Interface
Signalling Processing Function
System Virtual Path Identifier
Time Division Multiple Access
Transmission and Multiplex Function
Telecommunication Management
Network
Tributary Unit
Tributary Unit Interface Function
TU
TUIF
UART
UNI
VBR
VC
VCI
VDSL
VoD
VP
VPI
WDMA
WLAN
WLL
Veřejná telefonní síť
Kvadraturní amplitudová modulace
Kvalita služby
Kvadraturní fázová modulace
Rádiový přenos v úč. smyčce
Rádiová úč. smyčka
Vzdálená účastnická jednotka
Rádiové zakončení
Vícenásobný přístup kombinovaný
frekvenční a vlnový multiplex
Synchronní digitální hierarchie
Rozhraní s přístupem ke službám
Funkce pro signalizační procesy
Systémový identifikátor virtuální cesty
Časově dělený vícenásobný přístup
Přenosové a multiplexní funkce
Telekomunikační 5ídící síť
Příspěvková jednotka
Funkce pro rozhraní příspěvkových
jednotek
Universal Asynchronous RecieverUniverzální asynchronní adaptér vyTransmitter
sílač - příjmač
User-Network Interface
Rozhraní účastník - síť
Variable Bit Rate
Proměnlivá bitová rychlost
Virtual Path
Virtuální kanál
Virtual Channel Identifier
Identifikátor virtuálního kanálu
Very high-bitrate DSL
Vysokorychlostní přípojka DSL
Video on Demand
Video na přání
Virtual Path
Virtuální cesta
Virtual Path Identifier
Identifikátor virtuální cesty
Wavelenght Division Multiple Access Vlnově dělený vícenásobný přístup
Wireless LAN
Bezdrátová LAN
Wireless Local Loop
Bezdrátový účastnický přístup
49
TMN
TMN (Telecommunication Management Network) je telekomunikační řídící síť,
neboli síťový menežment (zvláštní síť spojená s telekomunikační sítí prostřednictvím řídicích
rozhraní).
Hlavní znaky
•
obecný aparát pro řízení procesů (i budoucích)
•
principy otevřených systémů (model OSI - Open Systems Interconnection)
•
objektově orientovaný přístup
TMN musí zajistit:
•
řízení rozprostřené sítě
•
řízení heterogeních sítí a služeb
•
řízení oblastí rozdělených na menší buňky
•
spolehlivost a bezpečnost řídicích funkcí
•
zákazníkům i provozovatelům přístup k řídicím funkcím
•
stejné řídicí služby na různých místech
•
spolupráce mezi sítěmi řízenými odděleně
Řídící oblasti TMN
•
Řízení poruch (Fault Management) - ovládání poplachů, zaznamenávání
poruchových událostí, preventivní diagnostika a údržba.
•
Řízení konfigurace (Cofiguration Management) instalace a řízení síťového prvku.
•
Řízení účtování (Accounting Management) sběr dat o poskytovaných prostředcích,
generování účtů.
•
Řízení výkonnosti (Performance Management) monitorují síťové objekty, uplatňuje
mechanismy proti přetížení sítě.
•
Řízení zabezpečení (Security Management) povolení přístupu k řízeným objektů a
dohledové funkcím.
Řídící vrstvy (Management Layers)
Každá vrstva je omezena pouze na ohraničenou podmnožinu řídících aktivit z celkové řídící
činnosti.
•
Vrstva řízení obchodních aktivit (Businnes Management layer - BML),
koordinace ekonomických záměrů – max. efektivnost síťových prostředků.
•
Vrstva řízení služeb (Service Management layer – SML), vyřizování objednávek,
stížností, placení a sledování kvality služeb.
50
•
Vrstva řízení sítě (Network Management layer - NML), řízení všech síťových
prvků a příslušných spojů jako celku.
- lze dělit na podvrstvy - subsítě (Subnetwork Management)
•
Vrstva řízení síťových prvků (Network Element Management layer – NEML),
individuální kontakt se síťovým prvkem.
- lokální řízení (Local Management)
51
Moderní telekomunikační síť
Síť nové generace
GSM síť
M anagement a signalizace
Brána
M ultiservisní
síť
Aplikace a služby
Brána
UM TS
Telefonní/
ISDN síť
Přístupová síť
Brána
Brána
52
Přístupová síť
Přístupovou sítí rozumíme část telekomunikační sítě, zabezpečující přenos signálů mezi
koncovými body účastnických vedení a spojovací sítí, která zabezpečuje přístup účastníků
ke službám poskytovanými vyššími síťovými úrovněmi. Lze je rozdělit podle použitého
přenosového média na:
•
metalické přístupové sítě,
•
optické přístupové sítě,
•
rádiové přístupové sítě.
53
Funkční architektura přístupové sítě
PŘENOSOVÉ FUNKCE
Transport - Multiplexování - Komutace kanálů
FUNKCE SYSTÉMOVÝCH
PORTŮ
Rozhraní - Řízení portů - Konverze
signálu
SNI
FUNKCE ÚČASTNICKÝCH
SPOLEČNÉ FUNKCE
PORTŮ
OAM funkce - Rozhraní - Napájení
Rozhraní - Řízení portů - Konverze
Q3
signalizace a informací
UNI
Přenosové funkce jsou základním souborem funkcí v přístupové sítí. Patří sem:
•
Transport informačních toků mezi spojovací sítí a koncovými účastnickými zařízeními
•
Koncentrace provozního zatížení směrem ke spojovací síti
•
Dokonalé využití přenosové kapacity použitých přenosových médií multiplexovaním
částečných toků během transportu
•
Seskupení částečných toků podle charakteru přenášených služeb – tzv. grooming
Funkce systémových portů vytváří standardizované rozhraní na rozhraní mezi
přístupovou a spojovací sítí. Protože úlohou všech komunikačních sítí, včetně spojovací, je
poskytovat účastníkům služby, označuje se toto rozhraní jako „rozhraní služeb“ SNI (Service
Network Interface). Do této skupiny patří i všechny funkce přizpůsobení signalizace a řízení
fyzických přípojných míst – portů.
Funkce účastnických portů zabezpečuje přizpůsobení charakteru signálu na rozhraní
účastník – síť UNI (User Network Interface) na tvar vhodný na přenos přístupovou sítí. To
znamená vytvoření standardních účastnických rozhraní (např. typu Z, U a dalších), řízení
těchto rozhraní a konverzi signalizace a účastnických informačních signálů do tvaru vhodného
na přenos přístupovou sítí (např, A/D převodník), příjem účastnické smyčkové signalizace,
řešení napájení účastnických zařízení apod.
Společné funkce zabezpečují vykonávání řídících, dohledových a konfiguračních
funkcívšech částí přístupové sítě a podporu telekomunikační řídící sítě TMN. Přechod
do TMN zabezpečuje rozhraní Q3.
54
Distribuční bod
Distribuční bod je možné chápat jako vnitřní rozhraní přístupové sítě. V závislosti
na technologii použité v přístupové síti je distribuční bod nejčastěji realizovaný optickými
nebo optoelektronickými prvky, případně základnovou rádiovou stanicí.
Rozhraní
NT
DP
NT
LT
DP
NT
Spojovací síť
Primární síť
Sekundární síť
Síť koncových zařízení
55
Stochastické přístupové metody
Nejjednodušším přístupovým mechanizmem je plně stochastická metoda náhodného
začátku vysílání dat terminálem a náhodným čekáním při vzniku kolize (poprvé vyzkoušená
v systému ALOHA – Additive Link On Line Hawai Area). V tomto mechanizmu zdroj začne
vysílat data bez ohledu na situaci na společném přenosovém médiu a očekává potvrzení
přenosu zprávy. Pokud do stanoveného času potvrzení nedostane, po náhodném čase opakuje
vysílání.Tato metoda je vhodná pro velký počet zdrojů, které nepravidelně generují krátké
shluky dat. S nárůstem provozu roste riziko vzniku kolize, a tím i počet opakovaných
přenosů, a tím další nárůst provozu. Ve všeobecnosti v ideálně řízené síti bez přenosového
opoždění je možné vyjádřit závislost mezi provozním výkonem přeneseným sítí (Y) a
nabízeným zatížením (A) křivkou „a“ na obr. Přenesený výkon se bude zvyšovat v závislosti
na hodnotě nabízeného provozu až do saturace, potom zůstává konstantní. Hodnoty Y a A
jsou vyneseny v normovaném tvaru, vztažené k maximální teoretické propustnosti sítě. Proto
je možné takto normovanou hodnotu přeneseného výkonu považovat i za míru využití
přenosové kapacity sítě. Když budeme předpokládat jen jediný společný přenosový kanál,
jeho maximální přenosový výkon je 1 Erlang (Erl), takže můžeme hodnoty Y a A vyjadřovat
v Erlanzích.
[Y]
a
b
1,0
0,8
c
0,6
a – Ideální síť
b – ideální síť s opožděním (α = 0,1)
c – CSMA/CD
0,4
0,2
0,01
Legenda:
e
0,1
1,0
Y* = Y – (1 – α) -1
d – synchronizovaná ALOHA
d
e – čistá ALOHA
10
[A]
56
Metody s minimalizací kolize
Na rozhraní mezi stochastickými a deterministickými metodami jsou přístupové metody
charakteristické tím, že používají alespoň částečně řízený přístup na přenosové médium, což
minimalizuje riziko vzniku kolize.
Terminál před začátkem vysílání monitoruje stav přenosového média a začne vysílat až
když je kanál volný. Metody se označují CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Vlastnosti
přístupové metody CSMA je možné ovlivnit chováním terminálů při detekci volného
přenosového média (tzv. nátlakové nebo perzistentní metody). Pokud terminály připravené
pro vysílání trvale monitorují stav kanálu a po detekci volného kanálu začnou hned vysílat,
hovoříme o plně nátlakové (1-perzistentní) metodě.Vznikne-li kolize, terminály čekají
náhodný čas, po kterém znovu monitorují stav média.
Zvýšení efektivity přenosu je možné dosáhnout tím, že při vzniku kolize bude o tom
terminál okamžitě informovaný a nečeká na cílovou odezvu cílového terminálu. Při výskytu
kolize vysílá každý terminál, který ji pozná, speciální signál (tzv. Jam, typicky 32 bitů). Tento
signál rozeznají všechny terminály včetně vysílajícího, který okamžitě přeruší vysílání.
Po náhodném časovém úseku se pokusí znovu o vysílání. Tato metoda se označuje CSMA
CD (Collision Detection)(standard IEEE 802.3, např. v LAN).
57
Deterministické přístupové metody
Deterministické přístupové metody zabezpečují bezkonfliktní přidělování přístupového
práva ke společnému přenosovému médiu. Na jedné straně zabezpečuje jen pevný zlomek
přenosové kapacity, což způsobuje zvýšení opoždění při přenosu. Na druhé straně
bezkonfliktní prostředí, když uvažujeme přenos médiem se zanedbatelnou bitovou
chybovostí. Podle způsobu řízení přístupu můžeme deterministické metody rozdělit
na metody:
•
s pevným přiřazením přenosové kapacity (TDMA, FDMA, WDMA, CDMA)
•
s přiřazením přenosové kapacity na požádání (Token Ring, Token Bus)
•
s rezervací přenosové kapacity (BRAP, MLMA)
58
Multiplex FDM, TDM a CDM
59
WDMA – vícenásobný přístup
U vícenásobného přístupu se jednotlivým kanálům přidělují optické vlnové frekvence
multiplexně. To znamená, že minimálně jeden konec přenosové cesty musí být přeladitelný.
V principu je možné použít:
•
Přeladitelný vysílač a pevně naladěné selektivní přijímače. Vysílač se periodicky ladí
na jednotlivé optické vlnové délky. Typicky pro směr síť – terminál.
•
Přeladitelný přijímač a pevně naladěné vysílače. Nejčastěji na přenos opačným
směrem. Nutno zabezpečit synchronizaci mezi okamžikem naladění přijímače a
začátkem vysílání vysílačem.
•
Laditelné přijímače i vysílače. Tato kombinace poskytuje nejvyšší flexibilitu
při vytváření spojení, je však nejvíce nákladná.
NT
Σλ
TE
λ1
TE
λ2
TE
λn
Σ
Σ
Σλ
TE
Σλ
TE
Σλ
TE
Σλ
NT
Směr přenosu
60
SCMA – metody
Při jednokanálové metodě SCMA ve směru bod – více bodů se používá skupinové
oslovení terminálů (Broadcast).Příspěvkové signály pro jednotlivé terminály se modulují na
elektrické subnosné, které se slučují do širokopásmového toku FDM. Výsledný signál
moduluje optickou nosnou. Každý terminál obsahuje optický širokopásmový přijímač a jemu
příslušný datový tok si vybere selektivním výběrem nosnou v elektrické oblast.
V opačném směru (viz. obr.) používá každý terminál vlastní optickou vlnovou délku na
přenos. Vlnové délky jsou blízké, ale ne stejné. Optický tok terminálu je modulovaný
elektrickou subnosnou, jehož frekvence je přiřazena terminálu. Superpozicí optických
příspěvkových toků z terminálů k optickým slučovčům se vytváří výsledný kompozitní signál.
TE
E/O-λ X
Σ
fj
TE
O/E
E/O-λ Y
LF
SD
fk
fk
Při vícekanálové SCMA jsou terminály uspořádané do skupin, každá skupina má
přidělenou optickou vlnovou délku. Terminály v rámci skupiny mají přidělené elektrickou
subnosnou, která se principem FDM zkombinují do širokopásmového signálu.
f 0 f1 f2
...
Skupina 0
fM
λ1
λ0
1-2 nm
λ2
=100 nm
f0 f1 f2
λN
...
Skupina
fM
61
Rozprostřené spektrum
Systémů s rozprostřeným spektrem existuje velké množství a podobně se dají různým
způsobem klasifikovat. Podle použité modulační metody dělíme tyto systémy do dvou
hlavních skupin:
•
Systémy s přímým vytvářením pseudonáhodné posloupnosti (Direct Sequence nebo
Pseudo Noise)
•
Systémy pracující se změnou spektra ve frekvenční nebo časové oblasti (Frequence
Hopping, Time Hopping)
Systémy s přímým vytvářením pseudonáhodné posloupnosti vytváří výstupní
pseudonáhodný signál tak, že každý bit přenášené zprávy se násobí kódovací sekvencí
s délkou n bitů (obr.). To znamená, že operace kódování i přenosová rychlost výstupního toku
dat musí probíhat s n-násobně vyšší rychlostí než přenosová rychlost vstupního datového
toku.
Kódovací sekvenci generuje cyklicky
posuvný registr s délkou P, takže platí:
1 datový bit
n = 2P – 1
1Chip
Kódové slovo
Při volbě délky posuvného registru např. 40 stupňů a taktovací frekvenci 10 MHz bude
délka sekvence a teda perioda výskytu stejného slova více jak 30 hodin.
Při použití frekvenčních skoků probíhá změna nosné frekvence kanálu podle
posloupnosti, vyjádřené kódovací sekvencí (viz. obr. níže). Podle rychlosti frekvenčních změn
rozlišujeme systém s rychlými změnami, ve kterém na jeden přenášený bit zprávy se vykoná
větší počet frekvenčních skoků a systém s pomalými skoky, při kterém rychlost frekvenčních
změn je nižší než bitová rychlost přenášené informace.
fK
f2
f1
f0
n0 n1 n2 n3 n4 n5 n6
62
Referenční model OSI
Referenční model je soubor norem, které jsou potřebné pro výměnu informací mezi
systémy, které jsou vzájemně „otevřené“ OSI (Open System Interconnection). Otevřený
systém je takový systém, který je schopen spolupracovat s ostatními systémy podle protokolů
referenčního modelu.
Aplikační vrstva
Prezentační vrstva
Relační vrstva
Transportní vrstva
Síťová vrstva
Spojová vrstva
Fyzická vrstva
Počet vrstev referenčního modelu je stanoven na 7. První tři vrstvy jsou síťově
orientované a jsou závislé na síťové technice. Další čtyři vrstvy jsou koncově orientované a
jsou implementovány pouze do koncových zařízení.
Základní vlastnosti jednotlivých vrstev referenčního modelu (stručná charakteristika).
1. Fyzická vrstva (=vrstva přenosu dat). Má za úkol přizpůsobit dané datové bloky
parametrům přenosového média.
2. Spojová vrstva (linková vrstva). Zabezpečuje bezchybný přenos dat a zabezpečuje
synchronizaci mezi vysílačem a přijímačem.
3. Síťová vrstva. Základním úkolem je vybudování spojení a jeho udržení. Dalším
úkolem je směrování v síti.
4. Transportní vrstva. Vytváří, řídí a ukončuje spojení jako celek. Zabezpečuje tři
nejdůležitější kvalitativní parametry: propustnost, zpoždění a chybovost.
5. Relační vrstva. Koordinuje průběh komunikace.
6. Prezentační vrstva. Zabývá se vazbou mezi syntaxí a sémantikou uživatelských
datových prvků.
7. Aplikační vrstva. Umožňuje vkládání uživatelských funkcí.
63
Architektura protokolů na rozhraní V5
Terminály ISDN
BRA - PRA
Analogové účastnické
terminály
Spojovací systém
PSTN CTRL BCC
L3
L3
L3
PC
L3
LC
L3
ISDN
PSTN CTRL BCC
PC
LC
0-8175 8176 8177 8178 8179 8180
L3
L2
ISDN
SIG
PSTN CTRL BCC
SIG
L3
L3
Fyzická vrstva přístupové sítě
Bloky jedntlivých vstev:
ISDN (Integeated Services Digital Network) – digitální porty
PSTN (Public Subscrieber Telephone Network) – analogové porty
CTRL (Control) – řízení přístupové sítě
BCC (Bearer Channel Control) – dynamické přidělování volného kanálu
LC (Link Control) – řízení datového okruhu
LC
L3
ISDN
PSTN CTRL BCC
PC
LC
0-8175 8176 8177 8178 8179 8180
Fyzická vrstva přístupové sítě
PC (Protection Control) – rekonfigurace řídících kanálů
PC
L3
64
ISDN
B1
Úzkopásmová ISDN
NT
B2
Datový kanál B – 64 kb/s
2B + D (144 kbit/s)
192 kbit/s
B1
B2
Signalizační kanál D – 16 kb/s
30B + D (1 984 kbit/s)
NT
Signalizační kanál D – 64 kb/s
2 048 kbit/s
B30
Základní přístup
Primární přístup
BRA – Basic Rate Access
PRA – Primary Rate Access
jeden účastník
většinou pro připojeni Pbú
přípojné vedení - dvoudrát
přípojné vedení - čtyřdrát
dva B kanály
30 B kanálů
jeden D kanál – 16 kbit/s
jeden D kanál – 64 kbit/s
2B + D (B1 + B2 + D)
30B + D
přenosová rychlost 144 kbit/s
přenosová rychlost 2 042 kbit/s
obousměrný digitální provoz
stejná struktura jako PCM 32/30
S – čtyřdrátové
Typy rozhraní
- sběrnice nebo hvězdice
- připojuje terminál k NT
S
- S0 pro BA
- mezi NT2 a NT1
U – stávající přípojné vedení
- U0 pro BA, dvoudrát
- U2 pro PA, čtyřdrát
R – mezi TE2 a TA
- např. a/b, X.21, X.25
U
TE1
NT2
- S2 pro PA
T – většinou se shoduje s S
T
R
TE2
TA
NT1
ISDN
ústředna
65
PDH
Plesiochronní digitální hierarchie umožňuje multiplexovat (sdružovat) datové toky do
jednoho toku. Vychází se ze signálu PCM 1. řádu (E1), které lze sdružovat (prokládat):
•
po bitech
•
po kanálech
•
po rámcích
Jelikož dochází ke kolísání taktovacího signálu je třeba zabezpečit vyrovnávání
přenosových rychlostí – stuffing.
Zaokrouhlené přenosové rychlosti evropské PDH:
•
1.řád (PCM30/32) .............. 2 Mbit/sE1
•
2.řád ................................. 8 Mbit/sE2
•
3.řád ............................... 34 Mbit/sE3
•
4.řád ..............................140 Mbit/sE4
•
(5.řád) ............................ 565 Mbit/sE5
66
E1
Můžeme říct, že je to do jisté míry telefonní signál. Označuje se také jako PCM (Pulse
Coding Modulation). Vzorkování 8 kHz, 8 bitů na vzorek, přenosová rychlost jednoho kanálů
je 64 kbit/s (ITU-T G711), celkem je přenášeno 32 kanálových intervalů – 2048kbit/s.
Signály jsou multiplexovány do rámce (Frame), kde mají přesně definovanou strukturu
(data + synchronizace a signalizace). Čas potřebný na přenos vzorků všech sdružených
signálů:
Tf = Ts =
1
1
=
= 125μs
fs 8000
V Evropě se používá rámec o 32 kanálových intervalech (KI nebo TS – Time Slot) a
označuje se jako PCM 30/32 nebo E1 (signál 1. řádu evropské hierarchie), který obsahuje 30
telefonních kanálů a 2 pomocné. Signál E1 je základním stavebním kamenem digitálních
telekomunikačních systémů.
67
CAP
CAP (Carrierless Amplitude and Phase) je vhodná pro digitální implementace pomocí
signálových procesorů. Amplitudově– fázová modulace s potlačenou nosnou patří
k vektorovým modulacím. Nepoužívá nosnou frekvenci a lze ji zařadit k mnohostavovým
linkovým kódům. Výsledný produkt, mnohostavový symbol a jeho lokalizace ve vektorové
rovině, je stejný jako při QAM.
Datový tok se předzpracuje, prochází scramblerem a pak se mapuje obvodem MAP
do dvou částečných toků (an, bn) po blocích s délkou m bitů. Blok P vytváří z částečných toků
vektorové složky komplexních symbolů p(an, bn) a q(an, bn) s peridou generování T (obr a)).
Oba částečné toky se tvarují digitálními transverzálními filtry s charakterem pásmové
propusti s odezvami p(t) a q(t) v časové oblasti a P(t) a Q(t) e frekvenční oblasti. Šířku
přenosového pásma a lokalizace jeho spektra je možné ovlivnit změnou parametrů obou filtrů
v propustném pásmu. Impulsní odezvy filtrů jsou volenytak, aby byli ortogonální a tvořili tzv,
Gilbertův pár. Takže platí:
∫
∞
−∞
p (t ).q (t )dt = 0
Této podmínce vyhovuje dvojice filtrů, která má shodné amplitudové charakteristiky a
fázové charakteristiky jsou posunuty o π/2. výstupní signál vzniká odečtením obou
filtrovaných průběhů s následným převodem DAC, takže pro průběh v časové oblasti s(t)
platí:
s (t ) = ∑ an. p(t − n.T ) − ∑ bn.q(t − nT )
n
n
CAP modulace není modulovaná na nosnou, takže výsledný signál se dá rozpoznat jako
rozdíl dvou signálů PAM v základním pásmu.
p(an, bn)
an
Σ bi
FILTR P(f)
P
MAP
DAC
F
S(t)
FILTR Q(f)
bn
a)
q(an, bn)
S(t)
an
F
ADC
EQ
KOM
bn
DMP
Σ bi
b)
MAP – mapper, P – vytváří částečné toky, DAC – převodník, F – dolní propust, ADC –
převodník, EQ – korektor amplitudové a frekvenční charakteristiky, KOM – komparátor,
DMP – obvod na přeměnu dvousložkových symbolů na výstupní datový tok.
68
QAM
Kvadraturní amplitudová modulace QAM (Quadrature Amplitude Modulation) je typ
vektorové modulace, kde se jednotlivé signály modulují nejen z hlediska úrovně ale i fáze.
Při modulacích typu PSK (Phase Shift Keying) je amplituda jednotlivých symbolů
konstantní, mění se jen fáze.Všechny symboly jsou tedy umístěné na kružnici se středem
v počátku souřadnic vektorového prostoru. Při vyšším počtu symbolů se vzdálenost mezi nim
i zmenšuje, což vyžaduje vyšší nároky na nemodulační obvody a potřebný odstup s/š.
Podstatně výhodnější je rozmístit symboly ve vektorové rovině v celé její ploše, tedy vyjádřit
polohu symbolu nejen fází ale i amplitudou. Toto zabezpečuje modulace QAM. Typické
uspořádání symbolů ve vektorové rovině a průběh apektra je na obr.
U
t
a)
b)
S
f
c)
a) uspořádání symbolů, b) průběh v časové oblasti, c) průběh ve frekvenční oblasti
Kvadraturní amplitudová modulace je základní modulační technikou pro ADSL.
69
DMT
Diskrétní multitónová modulace DMT (Discrete Multi – Tone) se snaží minimalizovat
nevýhody vekterových modulací:
•
potřebu velké šířky pásma,
•
citlivost na rušení,
•
nárůst nároků na minimální hodnotu odstup s/š s přibývajícím počtem stavů,
•
neschopnost reagovat na přítomnost vysokofrekvenčních interferencí RFI,
•
opoždění při generování symbolu.
Při použití DMT se použitelné frekvenční pásmorozděli na velký počet subkanálů se
šířkou jednotky kHz (obr). Každý subkanál přenáší symboly modulované QAM na nosné ze
středu subkanálu.S ohledem na velký počet nosných může být každá z nich modulovaná
menším počtem stavů (4 – 64)Výkonová spektrální hustota se udržuje v každém subkanálu
stejně velká.
b)
a)
U
t
c)
S
f
a) uspořádání symbolů, b) průběh v časové oblasti, c) průběh ve frekvenční oblasti
Systém DMT je navržen jako adaptivní, řídící procedury optimalizují DMT tak, aby
v každém okamžiku poskytla maximální využití kapacity přenosového média.
70
SDH
SDH (Synchronous Digital Hierarchy) je založená na odlišných principech sdružování.
Vychází z amerického standardu SONET (Synchronous Optical NETwork):
•
Pevný časový vztahem mezi signálem vyššího a nižšího řádu (synchronní
multiplexování)
•
Prokládání po bytech
•
Pomocí adresace informačního pole (ukazatel – Pointer, PTR) lze snadno získat
žádaná data i v rámcích signálů vyšších řádů
•
Nejnižší stupeň SDH začíná v oblasti, kde PDH končí
•
Standardizované přenosové médium - optické vlákno (přenosové rychlosti až desítky
Gbit/s
•
Standardizovaný způsob řízení přenosové sítě, pružné zajištění bezpečného provozu
při poruchách
71
ATM
Technologie ATM má jednu velkou výhodu pro přenos. Přenášejí se tzv. ATM buňky,
které mají konstantní velikost. ATM buňka je tvořena 53 bajty, z čehož 5 bajtů tvoří záhlaví a
zbylých 48 bajtů tělo buňky. V záhlaví se přenášejí služební informace o zdroji a cíly, které se
formují v tzv. VPI (Virtual Path Identifier) a VCI (Virtual Channel Identifier). Do těla buňky
se potom vkládají přenášená data. Výhoda tedy spočívá v konstantní délce ATM buňky oproti
proměnlivým délkám různých paketů.
5 oktetů
48 oktetů
Záhlaví
Informační obsah
53 oktetů
oktety
bit
1
2
3
4
5
6
7
8
RES
CLP
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PT
HEC
72
SVPI
Systémová hodnota identifikace virtuální cesty SVPI se přiděluje i s ohledem na to, že
je malý počet koncových širokopásmových zařízení. Když budeme uvažovat statické přiřazení
adres a připustíme maximální dělící poměr distribučního bodu 1:32, připadne na ONU 128
hodnot SVPI. Při osmi T rozhraních v jedné ONU je možné jednomu rozhraní T přidělit
nejvíce 16 hodnot SVPI, což úplně stačí.
V8
T1
1:32
ONU
OLT
T8
12 bitu VPI
128 SVPI
4096 SVPI
16 SVPI
73
WiFi
Česká republika má k dispozici největší počet povolených kanálů a to 13. Neznamená to,
že je k dispozici 13 plnohodnotných frekvencí. Technologie rozprostřeného spektra znamená
vysílání do frekvenčního rozsahu 22 MHz. Jenže odstup mezi kanály je pouhých 5 MHz, tedy
vysílání na jednom kanálu se překrývá s vysíláním na sousedních čtyřech kanálech. Pokud
chceme provozovat dva přístupové body tak, aby se jejich signál překrýval a nerušil, musíme
je nastavit tak, aby pracovaly minimálně pět kanálů od sebe. Minimální odstup mezi
centrálními frekvencemi je 25 MHz, tedy tolik, aby se sem provoz systému rozprostřeného
spektra vyžadující 22 MHz vešel. Ve skutečnosti máme k dispozici pouze tři samostatné a
vzájemně se nerušící frekvence.
Tabulka 1: Dostupné radiové frekvence
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
kanál
frekvence
2,412 2,417 2,422 2,427 2,432 2,437 2,442 2,447 2,452 2,457 2,462 2,467 2,472 2,484
[GHz]
Tab.2 ukazuje, ve které zemi které kanály můžeme použít – pásmo 2,4 GHz není
celosvětově volné všude stejně.
Tabulka 2: Dostupnost radiových kanálů ve světě
kanály
frekvence
Země
USA a Kanada
1-11 2,412-2,462 GHz
Evropa mimo Francie a Španělska (ETSI konvence) 1-13 2,412-2,472 GHz
Francie
10-13 2,457-2,472 GHz
Španělsko
10-11 2,457-2,462 GHz
Japonsko
14
2,484 GHz
74
DECT
DECT (Digital European/Enhanced Cordless Telephone) vznikl v roce 1992 jako
Evropský standart (ETSI), který se pokusil sjednotit vznikající systémy bezšňůrových
telefonů. Vznikl pro hlasovou a datovou komunikaci, která spolupracuje s ostatními druhý sítí
(ISDN, GSM, atd.). Je zabezpečena proti odposlechu a rušení, kvalita hlasových služeb je
na úrovni pevné telefonní sítě přenos dat ~ stovky kbit/s.
Cíle:
•
Náhrada (klasické) kabelové účastnické přípojky
•
Mobilita ve vymezeném prostru
•
Možnost vytvoření soukromých mobilních sítí omezeného rozsahu
75
Bluetooth
Myšlenka vzniku Bluetooth technologie vznikla v roce 1994, kdy společnost Ericsson
přišla s ideou náhrady kabelů pro připojení příslušenství bezdrátovým přenosem na krátkou
vzdálenost. Nový standard měl potenciálně široké možnosti využití na trhu, proto byla nutná
kooperace více strategických partnerů. Z těchto důvodů vznikla v roce 1998 skupina SIG (The
Bluetooth Special Interest Group) a v roce 1999 byl vydán první Bluetooth standard

zde

Transkript

Podobné dokumenty

Mezi námi 0603 -- 7. číslo

systémů

Systémy veřejné mobilní komunikace páté generace (5G)

DVB

Nabídka studijních předmětů - Fakulta strojní

Ostatní 1:43

Základy mobilních sítí

Mobilní sítě - IMProVET - České vysoké učení technické v Praze

Dřevo Accoya® – výsledky testů

připojení k internetu - Studentské projekty FIS VŠE v Praze

Počítačové sítě, verze 3.1. (pro tisk), část II.

WALKIE-TALKIE PMR WTF 800

TELEKOMUNIKAČNÍ VĚSTNÍK

Digitální účastnická přípojka VDSL2

N 09 / 3 - moje noviny NOČNÍČEK

GS100 CZ final1a

Systémy xDSL - rozbor vlastností a aplikací

2007011_příloha č_3_Cenik_tarifů_a_služeb-2

PŘEPÍNÁNÍ A SMĚROVÁNÍ OPTICKÝCH

Studie 42 GHz

Compaq iPAQ h3700

Novostavba centra - ELI – extreme light infrastructure