2. Peruskerros tiedonsiirron perusteet siirtovälineet langaton siirto

Esitys aiheesta: "2. Peruskerros tiedonsiirron perusteet siirtovälineet langaton siirto"— Esityksen transkriptio:

1 2. Peruskerros tiedonsiirron perusteet siirtovälineet langaton siirto
puhelin isdn b-isdn ja atm soluradio satelliitti 11/17/2018

2 2.1 Tiedonsiirron perusteet
kahdenlaisia tiedonsiirtokanavia digitaalinen bittiputki analoginen aaltomuotoisia signaaleja digitaalinen kanava toteutetaan usein analogisen avulla 11/17/2018

3 Analoginen, digitaalinen
analoginen signaali jatkuva sähkömagneettinen aalto digitaalinen signaali sarja volttipulsseja analoginen tiedonsiirto analogisten signaalien siirtämistä vahvistus aiheuttaa signaalin vääristymistä digitaalinen tiedonsiirto vahvistettava tiheään, vahvistus uudistaa signaalin 11/17/2018

4 Aaltoliike signaali = aaltoliikettä, jonka jaksollinen funktio
jännite vaihtelee virta vaihtelee jaksollinen funktio s ( t+T ) = s (t), T on vakio käytetään signaalin kuvaamiseen 11/17/2018

5 Aaltoliike amplitudi taajuus signaalin arvo tietyllä hetkellä
esim. voltteja sähköjohdossa taajuus jakson käänteisluku 1/T toistojen lukumäärä sekunnissa herz (Hz) 11/17/2018

6 Tiedon koodaus signaaliin
bittien koodaukseen käytetään signaalin taajuutta amplitudia vaihetta signalointinopeus signaalia / s yksikkönä baudi 11/17/2018

7 Tiedon koodaus signaaliin (2)
perusmalli kukin signaali vastaa yhtä bittiä tiedonsiirron tehostus yksi signaali kuljettaa useita bittejä esim. useita amplituditasoja, joista kukin vastaa bittiyhdistelmää tiedonsiirron varmennus monta signaalia kuljettaa samaa bittiä 11/17/2018

8 Sinifunktio perusesimerkki jaksollisesta funktiosta
s(t) = A sin (2p f t + q) A maksimiamplitudi f taajuus q vaihe 11/17/2018

9 Fourier-sarja jaksollinen funktio voidaan esittää Fourier-sarjana
g(t) = c/2 + S ( An sin (2 p n f t ) + Bn cos (2 p n f t ) ) summassa n saa arvot 1:stä äärettömään f = 1/T An , Bn = ‘harmonics’-termit 11/17/2018

10 Kertoimen An , Bn ja C laskeminen
g(t) = c/2 + S ( An sin (2 p n f t ) + Bn cos (2 p n f t ) ) kerrotaan yhtälön molemmat puolet sin (2 p k f t ) :llä ja integroidaan > T. Tuloksena An = 2/T * integraali (g(t) sin (2 p n ft))dt ( kaikki muut termit häviävät) 11/17/2018

11 Vastaavasti kertomalla cos (2 p k f t ) :llä ja integroimalla saadaan
Bn = 2/T * integraali (g(t) cos (2 p n f t))dt Suoraan interoimalla saadaan C= 2/T* integraali (g(t)dt) 11/17/2018

12 Fysikaalinen tulkinta
mielivaltainen jaksollinen signaali generoidaan tarpeellinen määrä eritaajuisia siniaaltoja siniaaltoja on helppo generoida määrä voi olla myös ääretön käytännössä mukaan vain äärellinen määrä signaali vääristyy spektri signaalin siniaaltojen taajuuksien kokoelma 11/17/2018

13 Esimerkki: ‘b’-kirjain
tästä saadaan jaksollinen funktio, kun ajatellaan b:n lähetyksen toistuvan jakso T jakso T jakso T T = 8; f =1/T = 1/8 11/17/2018

14 g(t) = 0, 0 <= t < 1 1, 1 <= t < 2 1, 2 <= t < 3
….. 1, 6 <= t < 7 0, 7 <= t < 8 11/17/2018

15 Kun integroidaan lausekkeet An, Bn ja Cn käyttäen ‘b’:n jaksollista funktioita, saadaan ‘b’-funktion harmonics-termit. ‘b’-signaalin tarkkaan esittämiseen tarvitaan ääretön määrä Fourier-sarjan termejä signaali voidaan approksimoida äärellisellä määrällä termejä äärellisellä määrällä sinifunktioita mitä enemmän termejä sitä tarkempi approksimaatio

16 Kaistanleveys (bandwidth)
signaalin kaistanleveys f2 - f1, missä f1 on pienin ja f2 suurin signaalin siniaaltokomponentin taajuus kanavan kaistanleveys väli [ f1, f2 ], jolla alueella olevia taajuuksia kanava pystyy välittämään 11/17/2018

17 Efektiivinen kaistanleveys
efektiivinen taajuusväli se taajuusväli, jolle suurin osa signaalin energiasta keskittyy kaistanleveys esim 4000 Hz kyetään käsittelemään signaaleja välillä [0, 4000] 11/17/2018

18 Esimerkki 1 Pianolla saadaan ääniaaltoja välillä 30 Hz (matalat)
4200 (korkeat) Kaistanleveys on [ 30, 4200] tai 4170 Hz 11/17/2018

19 Esimerkki 2 Ihmisen korva erottaa taajuudet
40 Hz Hz mutta puhelimen kaistanleveys on [ 200, 3500] äänienergiasta välittyy puhelimessa 98% 11/17/2018

20 Suodattimet erottavat taajuuksia signaalista High-pass filter
heikentää alempia taajuuksia Low-pass filter heikentää korkeampia taajuuksia Band-pass filter heikentää tietyn välin ulkopuolella olevia taajuuksia Band-stop filter heikentää tietyllä välillä olevia taajuksia 11/17/2018

21 Kaistanleveys ja tiedonsiirto
mitä suurempi kaistanleveys, sitä suuremmat taajuudet mahdollisia, sitä useampi Fourier-termi kaistaan mahtuu ==> signaalin muoto säilyy paremmin signaalilla voi olla useita tasoja kaksi tasoa: 0 ja 1 useampia tasoja : esim. 0, 1, 2 ja 3 11/17/2018

22 Kanavan siirtokyky siirtonopeus ja siirrettävän tietoyksikön koko (‘signaalin pituus bitteinä’) ==> tietoyksikön siirtoaika eli sen jaksonpituus T 1. harmonic -termin taajuus = 1/T rajallisessa kanavassa voi lähettää vain rajallisen määrän harmonic-termejä termien määrä ==> signaalin laatu 11/17/2018

23 Esimerkki kanavan nopeus 9600 bps tietoyksikön koko 8 bittiä (‘b’)
tietoyksikön siirtoaika T = 8/9600 = ms 1. termi = 1/T = 9600/8 = 1200 Hz 11/17/2018

24 Esimerkki jatkuu Jos kanavan kapasiteetti on 3000 Hz
(~puhelinlinjalla ) => kanavaan mahtuu 3000/1200 eli 2 termiä lähetyksen laatu on huono 11/17/2018

25 Esimerkki jatkuu yhä tiedonsiirtonopeus 38400 bps
ja kanavan kaista 3000 Hz => 1. termi = 4800 Hz => binääritietoa ei voida lähettää, sillä kaistaan ei mahdu yhtään tämän taajuisen signaalin termiä! 11/17/2018

26 Nyqvistin kaava maksimaalinen tiedonsiirtonopeus häiriöttömällä kanavalla C = 2 H log2 V bps C = tiedonsiirtonopeus (bps) H = kaistanleveys V = tasojen lukumäärä 11/17/2018

27 Näytteiden otto Nyquist => Jos kanavan kaistanleveys on H,
niin kaikki kanavan informaatio saadaan ottamalla kanavasta 2H näytettä sekunnissa tiuhempi näytteiden otto ei enää tuota lisää informaatiota 11/17/2018

28 Esimerkki Modeemi yleisessä puhelinverkossa käyttää 8 tasoa. Verkon kaistanleveys on 3100 Hz. Mikä on tiedonsiirtonopeus? Nyqvistin kaava: C = 2H log2 (V) bps C = 2*3100* log2 (8) bps = 6200 * 3 bps = bps 11/17/2018

29 Kohina signaali-kohina -suhde SNR SNR = 10 log10 ( S/N ) dB
Kohinaksi kutsutaan johtimessa aina taustalla esiintyvää sähkömagneettista aaltoliikettä vahvistamaton signaali vaimenee kohinaksi signaali-kohina -suhde SNR SNR = 10 log10 ( S/N ) dB S = signaalin teho N =kohinan teho ilmoitetaan desibeleinä suuri SNR => hyvä signaalin laatu 11/17/2018

30 Shannonin kaava maksimaalinen tiedonsiirtonopeus
kohinaisessa kanavassa C = H log2 (1+ S/N) bps H kaistan leveys S signaalin teho wateissa N kohinan teho wateissa 11/17/2018

31 Esimerkki Yleisessä puhelinverkossa H = 3000 Hz ja
SNR = 20 dB. Mikä on (teoreettinen) maksiminopeus C? SNR = 20 = 10 log10 (S/N) 2 = log10 (S/N) eli S/N = 10**2 = 100 C = H log2 (1+S/N) = log2 (1+100) = log10(101) / log10(2) = bps 11/17/2018

32 Esimerkki jatkuu Tyypillisesti SNR = 30 DB ==>
3000 Hz:n kanavalla teoreettinen maksimi aina < 30000 käytettiin koodauksessa kuinka monta tasoa tahansa ‘luonnonlaki’ ~ valon nopeus 11/17/2018

33 Häiriöt kanavalla signaalin vaimeneminen ja vääristyminen muut häiriöt
terminen kohina elektronien liikkeestä johtuva ylikuuluminen johdin sieppaa viereisen johtimen signaalin impulssikohina salamat, vanhat puhelinkeskukset 11/17/2018

34 Signaalin vaimeneminen
signaali heikkenee edetessään eri taajuudet heikkenevät eri tavoin suuret taajuudet vaimenevat enemmän => signaali vääristyy vahvistimet ja toistimet eri komponentteja vahvistettava eri tavoin 11/17/2018

35 Viivevääristymä signaalin eri komponentit kulkevat eri nopeudella
saapuvat vastaanottajalle eri aikaan ==> signaali vääristyy kriittistä varsinkin digitaalisignaalille peräkkäiset bitit sotkeutuvat 11/17/2018

36 2.2. Siirtoväline peruskerroksen tehtävä
siirtää bittivirtaa koneelta toiselle käytettävissä erilaisia siirtovälineitä johdollinen kuparijohto, optinen kuitu johdoton radio, magneettinauha, cd-levy 11/17/2018

37 Magneettinen ja optinen media
‘talleta, kanna ja lataa’ suuri siirtonopeus hyvin suuria tietomääriä siirtyy kohtalaisella nopeudella rekallinen cd-levyjä pitkä viive emsimmäisen bitin saapuminen kestää pitkään edullinen 11/17/2018

38 Kierretty pari (twisted pair)
kaksi eristettyä kuparijohtoa kierretty yhteen (vähentää häiriöitä) yleensä useita kaapelissa yleisesti käytetty puhelinverkko, rakennuksen sisäiset yhteydet hintaan nähden hyvä suorituskyky useita kilometrejä ilman vahvistinta useita Mbps parin kilometrin matkalla analoginen tai digitaalinen siirto 11/17/2018

39 Koaksiaalikaapeli paremmin suojattu häiriöiltä suuret nopeudet
1-2 Gbps, 1-2 km -kaapelilla pitkät etäisyydet tarvitaan vahvistimia ja nopeus laskee kaistanleveys 300 (450) MHz käyttö TV-kaapelit, lähiverkot 11/17/2018

40 Koaksiaalikaapelin signaalit
suurta kaistanleveyttä voidaan käyttää kantataajuusmoodissa (Baseband) yksi signaali nopea tiedonsiirto ~10 Mbps digitaalinen signalointi laajakaistamoodissa (Broadband) kaista jaetaan kanaviin, 6 MHz useita signaaleja samaan aikaan analoginen signallointi 11/17/2018

41 Kantataajuuskaapeli digitaalitekniikka yksinkertainen, halpa
volttipulsseja yksinkertainen, halpa halvat liittymät sekä kaksipisteyhteyksissä että monipisteyhteyksissä 11/17/2018

42 Laajakaistakaapeli analoginen siirtotekniikka TV-kaapelit käyttö
jopa 500 km kaapeleita pitkillä etäisyyksillä vahvistimia ei sovi niin hyvin digitaaliseen tiedonsiirtoon TV-kaapelit lähes joka kotiin jo valmiina käyttö rinnan TV-kuvaa, CD-tason ääntä ja digitaalista bittivirtaa 11/17/2018

43 Valokaapeli erittäin puhdasta kvartsia lasersäteitä
1 km kuitua vaimentaa valoa vähemmän kuin 3 mm ikkunalasi lasersäteitä ei sähkömagneettisia häiriöitä useita Gbps 30 km kaapelilla suuri kaistanleveys useita GHz 11/17/2018

44 Valokaapelin rakenne lähetin vastaanotto fotofiodi valokuitu
muuttaa sähköpulssit valoksi LED, laserdiodi vastaanotto fotofiodi muuttaa valopulssit sähköpulsseiksi vasteaika ~ 1 ns => ~1 Gbps kohina haittaa => riittävän voimakas säde valokuitu ensiösuoja suojaa mekaanisilta vaurioilta toisiosuoja yhdistää useita kuituja 11/17/2018

45 Valokuitutyypit askeltaitekertoiminen (multimode stepped index)
valo hajaantuu (dispersion) halpa, ei kovin nopea paikallisverkoissa asteettaistaitekertoiminen (graded index multimode) vähentää hajaantumista kalliimpi, nopeampi ei kovin pitkissä puhelinlinjoissa 11/17/2018

46 Valokuitutyypit (jatkoa)
yksimuotokuitu (monomode) kuidun paksuus vain muutama valon aallonpituus (8-10 mikronia, hius ~50 mikronia) valo etenee kuidussa suoraan ei dispersiota kallein, nopein (~30 Gbps) pitkän matkan puhelinlinjoissa (~30 km, jopa 100 km mahdollista) 11/17/2018

47 Langaton tiedonsiirto
sähkömagneettinen aaltoliike käytössä laaja spektri aaltoliikkeeseen koodattavissa tietoa amplitudi, taajuus vaihe rajoituksia generoitavuus moduloitavuus kuuluvuus/näkyvyys tunkeutuvuus vaarallisuus 11/17/2018

48 Radioaallot helppo generoida etenevät pitkiä matkoja
tunkeutuvat kaikkialle etenevät kaikkiin suuntiin rajallinen resurssi niukkuutta käyttö säänneltyä 11/17/2018

49 Mikroaallot (> 100 MHz -> 10 GHz)
etenee suoraan hyvä signaali-kohina -suhde (SNR) antenni suunnattava tunkeutuvuus pienempi heijastuksia (kiinteät esteet, sääilmiöt) vesisade pulaa ilmatilasta => luvanvaraista NMT: 450 MHz, GSM: 900 MHz, 1800 MHz verkkojen perustaminen ‘halpaa’ 11/17/2018

50 Infrapuna & millimetriaallot
etenee suoraan tunkeutuvaisuus ‘olematon’ heijastuksia halpa käytetään kauko-ohjaimet langattomat lähiverkot (wireless LAN) 11/17/2018

51 Valoaallot Laser kohdistuu ei tunkeudu
säätöongelma ei tunkeudu sää vapaasti käytössä oleva mikrolinkki 11/17/2018

52 2.3. Puhelinjärjestelmä Olemassa oleva infrastruktuuri ‘tiedon’ kuljetukseen ongelma äänenkuljetusteknologian sopivuus tietokoneiden väliseen kommunikointiin datalinja 10 **7 bps, BER ~ 10 **12 puhelin 10 **4 bps, BER ~10 **5 vrt. 1km/t <-> 1000 km/t MTBF 2.8 min <-> 53 vuotta 11/17/2018

53 Local loop on olemassa volyymi valtava säilyy kauan analoginen
1000 kertaa kuuhun ja takaisin säilyy kauan analoginen tietokoneen digitaalinen data muutettava analogiseksi 11/17/2018

54 Ristiriita eri taajuudet vaimenevat eri tavoin
eri taajuudet etenevät eri nopeudella ==> kapea kaista vähemmän virheitä analogisissa signaaleissa digitaalinen ‘kantti’-signaali ==> leveä kaista digitaalisen signaalin muoto säilyy 11/17/2018

55 Digitaalisen signaloinnin edut
vaimenee ja vääristyy, mutta ylläpidettävissä vähemmän virheitä eri tietomuodot limitettävissä ääni, kuva data suuret siirtonopeudet tekniikka yksinkertainen 11/17/2018

56 AD-signallointi jatkuva kantoaalto moduloidaan kantoaallon
Hz moduloidaan kantoaallon amplitudia taajuutta vaihetta 11/17/2018

57 Modeemi muunnokset digitaalisen ja analogisen signaalin välillä
kehittynyt modeemi moduloi sekä amplitudia että vaihetta ‘constellation pattern’ ilmoittaa käytetyt vaiheet ja amplitudit 11/17/2018

58 Modeemeja QAM (Quadrature Amplitude Modulation) V.32bis V.34
9600 bps 2400 baudin linjalla, 16 eri ‘tasoa’ V.32bis bps 2400 baudin linjalla, 64 tasoa => 6 bittiä faksi V.34 bps pienikin linjahäiriö tuhoaa monta bittiä! 11/17/2018

59 Modeemit (jatkuu) toinen ratkaisu:
jaetaan 3000 Hz:n kaista 512 minikaistaksi lähetetään kullakin esim. 20 bps => bps tarvitaan prosessointikykyä hylätään liian häiriöiset kaistat tiedon tiivistys ja tarkistus modeemissa 11/17/2018

60 Kaiku (echo) osa signaalien energiasta heijastuu takaisin lähettäjälle
ongelmallista puheessa kaiunvaimennin (echo suppressor) vain half duplex -tiedonsiirto mahdollinen kääntymiseen menee aikaa havaitsee vain ihmisäänen kaiunpoistin (echo canceler) poistaa kaiun signaalista full duplex mahdollinen 11/17/2018

61 RS - 232 -C Esimerkki peruskerroksen protokollasta
DTE: n ja DCE:n välillä mekaaniset ominaisuudet 25 -piikkinen liitin, vasemmalta oikealle ylin rivi piikit 1-13 ja alin piikit 14-25 elektroniset < -3 V => 1, > 4 V => 0, 20 kbps, maks. 15 m kaapeli 11/17/2018

62 RS-232-C (jatkoa) toiminnalliset ominaisuudet
mikä virtapiiri yhdistetty kuhunkin piikkiin mitkä toiminnot niihin liitetty yleisesti käytetään 9 perustoimintoa muut liittyvät testaukseen datanopeuden valintaan soittosignaalien havaitsemiseen yms 11/17/2018

63 RS-232-C: perustoiminnot
maadoitus Protective Ground, Signal Ground virta päällä pääteessä, modeemissa Data Terminal Ready, Data Set Ready puhelinyhteys ok Carrier Detect 11/17/2018

64 Perustoiminnot jatkuvat
lähetyspyyntö Request to Send valmis vastaanottamaan Clear to Send datan lähettäminen Transmit datan vastaanottaminen Receive 11/17/2018

65 Nollamodeemi (Null modem)
kun kaksi päätettä yhdistetään RS-232-C:n avulla RS-232-c tarkoitettu päätteen ja modeemin väliin nollamodeemi liittää toisen päätteen lähetyslinjan toisen päätteen vastaanottolinjaan 11/17/2018

66 RS-449 RS-449 mekaaniset ominaisuudet toiminnot protokolla
missä järjestyksessä saa mitäkin tehdä Request to Send => Clear to Send sähköinen liitäntä RS-432-A ‘unbalanced transmission’ RS-422-A ‘balanced transmission’ (2 Mbps, 60 m) 11/17/2018

67 Paikallissilmukka valokaapelia!
tulevaisuudessa nykyinen puhelinliitäntä (~3 k Hz) ei riitä Video on Demand ratkaisu: valokaapeli valokaapeli joka kotiin (FTTH Fiber To The Home) vastaa nykyistä käytäntöä valokaapeli joka alueelle (FTTC Fiber To The Curb) kuparijohto (n. 100 m ) liitäntäpisteestä koteihin lyhyt johto => 1 Mbps nopeus 11/17/2018

68 xDSL-modeemit digitaalinen paikallissilmukka
(Digital Subscriber Loop) kierretyn parin kaistanleveys >> 4000Hz rajoitus puhelintekniikasta useita hieman erilaisia ratkaisuja ADSL HDSL VDSL 11/17/2018

69 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop)
kaksi eri nopeutta hidas tilaajalta palvelulle (esim. tilausvideo) nopea palvelulta tilaajalle samanaikainen puhelin- tai ISDN-yhteys menetelmät DMT (Discrete MultiTone line coding) CAP (Carrierless Amplitude/Phase Modulation) 11/17/2018

70 DMT parikaapelin kaistanleveys jaetaan 256 kaistaan a’ 4000 Hz
jokaisella kaistalla ‘itsenäinen modeemi’ (max. 15 bittiä/signaali) nopeaan suuntaan 256 kaistaa hitaaseen suuntaan 32 kaistaa (kaksisuuntaisia) kukin modeemi testaa yhteyttä ja päättää itse kuinka nopeasti voidaan siirtää 11/17/2018

71 lähetysnopeus vaihtelee ja riippuu etäisyydestä
siirrettävän sanoman bitit jaetaan eri kanaville kanavien laadun (~SNR) perusteella lähetyskanavan laatua valvotaan ja niiden kuormitusta muutetaan tarpeen mukaan jopa suljetaan lähetysnopeus vaihtelee ja riippuu etäisyydestä 11/17/2018

72 Kanavointi (multiplexing)
Kanavointi (tai limitys) runkolinja yhteiskäytössä 11/17/2018

73 moduloinnissa käytetään trellis-koodausta
bitteihin lisätään korjausbitti => modeemin kuvion pisteiden lukumäärä kaksinkertaistuu virheenkorjaus Reed Solomon -menetelmällä 11/17/2018

74 Kanavointitekniikat FDM (Frequency Division Multiplexing)
taajuusjakokanavointi linja jaettu useaan eri kanavaan kukin lähettää omalla kanavallaan TDM (Time Division Multiplexing) aikajakokanavointi koko kanava vuorotellen eri lähettäjän käytössä lyhyet ajat => tasainen lähetys kaikilla 11/17/2018

75 Taajuusjakokanavointi
puhelinliikenteessä kullekin kanavalle varattu 4000 Hz 3000 Hz puhelua varten + varoalue eri kanavien taajuusalueet muutetaan erilaisiksi kanavat yhdistetään yhdelle linjalle varoalueesta huolimatta hiukan sotkevat toisiaan 11/17/2018

76 Puhelinliikenteen kanavointistandardeja
yhdistetään Hz kanavaa => Hz (tai Hz) ryhmiksi (group) yhdistetään 5 ryhmää superryhmäksi 5 superryhmää => mastergroup (CCITT) 10 superryhmää => mastergroup (Bell) ==> MHz 11/17/2018

77 WDM (Wavelenght Division Multiplexing)
valokaapelissa käytetty FDM hyvin luotettava käyttökelpoinen yksi valokaapelikaista GHz siitä pystytään hyödyntämään vain muutama GHz muunnos valopulssista sähköpulssiksi hidas yhdistämällä useita kanavia saadaan suurempi hyöty 11/17/2018

78 Aikajakokanavointi TDM
digitaalikanavan yhteiskäyttö FDM: vain analogisille linjoille TDM vain digitaaliselle datalle puhelinverkossa ´local loop’ analoginen runkolinjat digitaalisia tarvitaan muunnos analogisesta digitaaliseen codec: näytettä/s, 7-8 bittiä/ näyte 11/17/2018

79 PCM (Pulse Code Modulation)
tekniikka, jolla analoginen signaali digitalisoidaan nykyaikaisen puhelinjärjestelmän ‘peruspalikka’ useita erilaisia versioita käytössä USA, Japani: T1 carrier -tekniikka ITU-T (CCITT) otetaan anal. signaalista näytteitä, joiden arvo esitetään kiinteällä määrällä (usein 8) bittejä. 11/17/2018

80 T1 Carrier 24 äänikanavaa, kanavista näyte vuorotellen
näyte = 8 bittiä, joista yksi pariteettibitti 7*8000 = bps dataa ja 8000 bps signallointi-infoa kehys: 24 * 8 = 192 bittiä + kehystysbitti: …. 193 bittiä/125 ms => Mbps 11/17/2018

81 CCITT PCM vähemmän signalontia, 8 bittiä dataa,
common channel signaling kehysbitti: … parittomissa kehyksissä channel associated signaling kullakin kanavalla oma signalointi alikanava yksi bitti joka kuudennesta kehyksestä 11/17/2018

82 E1 (2.048 Mbps) 32 kanavaa 30 datakanavaa
32 näytettä a’ 8 bittiä => Mbps 30 datakanavaa 2 signalointikanavaa eli 16 bittiä/kehys neljä kehystä => 64 bittiä signalointidataa 32 bittiä kanavien signalointiin 32 bittiä kehyssynkronointiin + maakohtaisiin tarpeisiin 11/17/2018

83 Digitalisoinnin tehostus
tehostetaan äänen (analogisen signaalin) koodausta digitaaliseksi eri ideoiden taustana: signaali muuttuu hitaasti ei koodata signaalin arvoa, vaan sen muutos => ‘differential pulse code modulation’ 11/17/2018

84 Deltamodulointi tutkitaan signaalia ongelmia, jos muutos liian nopea
jos kasvanut, lähetetään 1 jos vähentynyt, lähetetään 0 ongelmia, jos muutos liian nopea ennakoiva koodaus lasketaan oletettu arvo signaalille sen aikaisemmista arvoista, sama laskentatapa sekä lähettäjällä että vastaanottajalla ilmoitetaan muutos oletetusta 11/17/2018

85 runkolinjoja voidaan yhdistää edelleen
4 T1-linjaa => T2-linja (6.312 Mbps) 6 T2-linjaa => T3-linja ( Mbps) 7 T3-linjaa => T4-linja ( Mbps) joka yhdistämisellä lisätään bittejä kehystystä ja kehysvirheestä toipumista varten useita erilaisia yhdistämistapoja CCITT: yhdistetään jatkossa aina neljä joka kerralla 32, 128, 512, 2048, 8192 kanavaa => Mbps 11/17/2018

86 SONET/SDH SONET (Synchronous Optical NETwork)
Bellcore SDH (Synchronous Digital Hierarchy) ITU-T eroaa vain hyvin vähän korvaamaan eri tahoilla kehitetyt optiset TDM-käytännöt 11/17/2018

87 Tavoitteet kaukopuhelun fyysisen kerroksen standardi
operaattoreiden yhteistoiminta aallonpituus, ajoitus, kehysrakenne, … PCM-kanavoinnin ‘yhtenäistäminen’ digitaalikanavien limitys runkolinjoihin T3 => toiminnan, hallinnan ja ylläpidon tuki OAM 11/17/2018

88 TDM synkroninen kehys yksi kanava, josta aikaviipaleita alikanaville
master clock, tarkkuus ~1/10**9 bitit lähetään kellon tahdissa kehys 810 tavua , 125 ms välein (~ PCM-näytteenottoa) lähetetään oli dataa tai ei 11/17/2018

89 SONET-järjestelmä koostuu
kytkimistä kanavointilaitteista toistimista yhteyshierarkia sektio: kuitu kahden laitteen välissä linja: kahden kanavointilaitteen väli polku: lähteen ja kohteen väli 11/17/2018

90 SONET-kehys 810 tavua = 9 riviä, jolla kullakin 90 saraketta
kehyksen 3 ensimmäistä saraketta hallintaa varten kolmella ensimmäisellä rivillä ‘section overhead’ kuudella viimeisellä ‘line overhead’ 87 saraketta käyttäjändataa = > SPE (Synchronous Payload Envelope) 87*9*8*8000 = Mbps 11/17/2018

91 SPE kuljetushallinnon yksikkö alkaa mistä tahansa kohtaa kehystä
osoitin alkuun ‘line overhead’ 1. rivillä voi jatkua toiselle kehykselle ei tarvitse odottaa kehyksen alkua esim. atm-solukuorma sopii paremmin SPE:n 1. sarake ‘path overhead’ 11/17/2018

92 Datavirtojen limitys siirtonopeus limitys
8*810 = 6480 bittiä => Mbps => STS-1 (Synchronous Transport Signal-1) limitys kolme STS-1 => STS-3 neljä STS-3 => STS-12 … => STS-48 11/17/2018

93 Kytkentä piirikytkentä pakettikytkentä yhteyden muodostus
datan lähetys kaikki data samaa reittiä yhteyden purku pakettikytkentä datapaketti heti matkaan kukin paketti voidaan reitittää erikseen 11/17/2018

94 Piirikytkentä yhteyden muodostus siirtonopeus linja yksityiskäytössä
siirto linjallle linjalla ‘sähkön nopeus’ tuntumattomuus linja yksityiskäytössä vapaa käyttäjälle ei liikennehäiriöitä 11/17/2018

95 Pakettikytkentä verkko yhteiskäytössä reititin kuorma
kapasiteetin tehokas hyödyntäminen yksilö: liikennehäiriöt reititin virhetarkistus esitystapamuunnos dynaaminen reititys kuorma operaattori määrää parametrit 11/17/2018

96 Crossbar -kytkin kaikki sisäänmenot liitetty kaikkiin ulostuloihin
n linjaa => n**2 liitäntälinjaa kytkimessä jos kaksisuuntainen eikä takaisinkytkentää, tarvitaan n(n-1)/2 liitäntälinjaa soveltuu vain pieniin keskuksiin 11/17/2018

97 monitasoinen kytkin voi tukkeutua (block)
Tilajakokytkin monitasoinen kytkin monta pientä crossbar-kytkintä useassa tasossa säästetään yhteyslinjoissa voi tukkeutua (block) vaikka ulostulo vapaa, ei kytkentää muut yhteydet varanneet liittymät 11/17/2018

98 Aikajakokytkin syöttölinjoista kerätään syöttökehys
viipale joka syöttölinjasta n linjaa, n viipaletta kehyksessä kehyksen viipaleiden paikat vaihdetaan muunnostaulu määrää kytkennät saatu kehys puretaan ulosmenolinjoille kehys talletettava puskuriin ja luettava sieltä 11/17/2018

99 2.4 ISDN yhdistää ääni- ja datapalvelut päästä-päähän digitaalinen
ääni, kuva, data erikseen tai yhdessä päästä-päähän digitaalinen digitaalinen ‘bittiputki’ evolutionäärinen kehitys N-ISDN (Narrowband ISDN) 64 kbps hyvin suurisuuntainen hanke 11/17/2018

100 N-ISDN oleellisesti erilaisia laitteita
==> useita rajapintoja (reference point) NT1 (Network Terminating Device) ‘ISDN-pistoke’, voidaan liittää 1-8 laitetta yhdistää tilaajan laitteet ISDN-keskukseen (kierretty pari) 11/17/2018

101 TE (Terminal Equipment) TA (Terminal Adaptor)
paikallinen keskus (ISDN PBX) voidaan liittää erilaisia päätelaitteita (TE) ISDN-keskuksen kaltainen TE (Terminal Equipment) ISDN-päätelaite TA (Terminal Adaptor) päätesovitin muille kuin ISDN-laitteille 11/17/2018

102 ISDN-kanavat C 8 tai 16 kbps digitaalinen kanava
A 4 kHz analoginen kanava (anal. puhelin) B 64 kbps digitaalinen PCM-kanava ääni, data D 16 kbps digitaalinen signalointikanava E 64 kbps digitaalinen sisäinen ISDN-signalointi H 384, 1536tai 1920 kbps digit. kanava 11/17/2018

103 ISDN-liittymät perusliittymä (basic rate) primary rate hybrid 2B + D
23 B + D (US, Japani: T1) 30 B +D (Eurooppa: ITU:n Mbps)) hybrid A + C 11/17/2018

104 ISDN-tulevaisuus? massiivinen yritys runsaasti standardointia
kestänyt yli 10 vuotta tekninen kehitys ajoi ohi 64 kbps <=> 10 Mbps Internet-käyttö 2B+D => 144 kbps ~ 28.8 kbps 11/17/2018

105 B-ISDN (Broadband ISDN)
nopeus 155 Mbps ATM-teknologia pakettikytkentä, virtuaalipiiri kiinteän kokoisia paketteja eli soluja mullistus aikaisempaan piirikytkentä kytkintekniikka tilaajasilmukka (local loop) 11/17/2018

106 atm asynkroninen solujen kuljetustapa vapaa siirtomedia
atm: kukin lähde voi lähettää milloin tarvetta vrt. T1: kello, yksi tavu joka lähteestä solujen kuljetustapa vapaa soluja voidaan siirtää eri tavoilla: T1, SONET,.. siirtomedia yleensä kuitu kierretty pari (categoria 5), kaapeli (< 100m) 11/17/2018

107 atm-kytkin tavoitteet kytkimeen soluja 150 Mbps
soluja hylätään harvoin (10**-12) järjestys säilyy virtuaalipiiri kytkimeen soluja 150 Mbps solua sekunnissa kytkimen kierrosaika 2.7 ms sisääntuloja 11/17/2018

108 Tukkeutuminen usea sisääntuleva solu haluaa samaan ulostuloon samalla kierroksella hyväksytään yksi ja hylätään muut? jono sisääntuleville => jonontukko viivyttää muiden kulkemista jono ulosmeneville => todistetusti parempi hävinnyt ‘sakkokierrokselle’; järjestyksen säilyminen! 11/17/2018

109 Turnaus-kytkin (knockout switch)
crossbar-kytkin ulosmenojonot jonojen pituus melko pieni => kaikki eivät mahdu jonottamaan valitsee jatkajat turnausperiaatteella hävinneet hävitetään jononpituus <=> hävinneiden solujen määrä 11/17/2018

110 Toiminta solu saapuu mikä ulostulolinja? risteys auki ulosmenojonoon
ylivuodon hallinta tasapuolisesti knockout jono on monijono 11/17/2018

111 Batcher-Banyan -kytkin
paljon pieniä kytkimiä rinnakkain useassa tasossa kussakin kaksi sisäänmenoa ja kaksi ulostuloa joka sisäänmenosta vain yksi polku jokaiseen ulosulostuloon binääriluku kertoo reitin kytkimien läpi 0 tai 1 => ylempi vai alempi reitti kytkimessä yhtentörmäyksiä syntyy 11/17/2018

112 solujen sisääntuloportit vaikuttavat toimintaan
huono järjestys => paljon törmäyksiä hyvä järjestys => ei törmäyksiä eteen kytkin, joka järjestää solut otolliseen järjestykseen Batcher-kytkin 11/17/2018

113 2.6 Soluradio hakulaite (pager) langaton puhelin
analoginen matkapuhelin digitaalinen matkapuhelin ‘kommunikaattori’ 11/17/2018

114 Hakulaite Henkilökohtainen ‘hakulaite’ yksisuuntainen
yksinkertainen toteuttaa pieni kaistanleveys yleensä vain lyhyitä viestejä kohteen sijainnilla ei väliä 11/17/2018

115 Langaton puhelin tukiasema ja puhelin CT-1, CEPT-1 CT-3, DECT
etäisyys m CT-1, CEPT-1 analogisia CT-3, DECT roaming ~ matkapuhelin 11/17/2018

116 Solupuhelimet (cellular phone)
AMPS (Advanced Mobile Phone System) US TACTS Englannissa MCS-L1 Japanissa taajuuksien uudelleenkäyttö solujen avulla analoginen täysin suojaamaton NMT (Nordic Mobile Telephone) 11/17/2018

117 Soluverkko tukiasema MSC (Mobile Switching Center)
joka solussa välittää puhelut MSC (Mobile Switching Center) valvonta- ja toimintakeskus yhdistää tukiasemat voi olla useita tasoja handover puhelimen siirtyminen solusta toiseen 11/17/2018

118 Digitaaliset solupuhelimet
GSM eurooppalainen standardi 1.8 GHz salaus käytössä GPRS (General Packet Radio Service) USA IS-54 analoginen ja digitaalien IS-95 11/17/2018

119 PCS, PCN Personal Communication Services (US)
Personal Communication Network mikrosoluja m teho 1/4 W => kevyitä puhelimia leivänpaahtimen kokoisia tukiasemia spektri GHz kaistahuutokauppa, entiset käyttäjät? 11/17/2018

120 2.7 Viestintäsatelliitit
geostationäärinen satelliitti massatiedonsiirtoon ~ kuitu low orbit -satelliitti ~ mobile phone 11/17/2018

121 Geostationäärinen satelliitti
36000 km korkeudessa päiväntasaajan yläpuolella pysyy maahan nähden paikallaan sama pyörimisnopeus viive suuri ~ 270ms suuri lähetyskapasiteetti vähän virheitä nopeasti toimintavalmiita 11/17/2018

122 rajallinen määrä mahtuu päiväntasaajan yläpuolelle
yleislähetys helppo lähettää monelle helppo kuunnella muiden lähetyksiä salakuuntelu helppoa rajallinen määrä mahtuu päiväntasaajan yläpuolelle korkeintaan 180 ‘paikkaa’ jos eri taajuuksia, niin useampi 11/17/2018

123 Satelliitti satelliitissa 12-20 vastaanotinlähetintä,
kullakin Mhz kaistaa 50 Mbps dataa kbps äänikanavaa VSAT (Very Small Aperture Terminal) 1 metrin antenni, 1 watti tehoa ylös kbps, alas 512 kbps hub toimii välittäjänä => yhä suurempi viive 540 ms 11/17/2018

124 low orbit -satelliitti
750 km korkeudessa kiertää maapalloa kun yksi häipyy, toinen tulee satelliitti-ketju kuusi ketjua riittää peittämään koko maapallon 1628 solua maanpinnan päällä maailmanlaajuinen telepalvelu => UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) 11/17/2018

125 Luentotauko 11/17/2018