Napredni telekomunikacijski protokoli i mree nove generacije Pristupna

Napredni telekomunikacijski protokoli i mreže nove generacije Pristupna mreža Disclaimer: The European Commission support for the production of this document does not constitute an endorsement of the contents which reflects the views only of the authors, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.

Sadržaj predavanja • Potrebne karakteristike pristupne mreže • Tehnologije pristupnih mreža • x. DSL • Kablovski pristup NTPMNG - Pristupna mreža 2

Triple –play gradivni blokovi NTPMNG - Pristupna mreža 3

Širokopojasni pristup • Prvi segment mreže od korisnika • Posljednji segment mreže od davaoca usluge • Treba omogućiti prenos sve tri usluge • Podatke, glas, video • Video najzahtjevniji (koliko propusnosti? ) NTPMNG - Pristupna mreža 4

Tehnologije • Digital Subscriber Line • preko bakarne (telefonske) parice • Cable Access • preko koaksijalnog kabla kablovske TV • Bežične • preko radio talasa • Fiber optika • preko optičkih kablova (FTTx) NTPMNG - Pristupna mreža 5

Teoretske osnove prenosa podataka • Furijeova analiza • Ograničena širina propusnog opsega • Maksimalna brzina prenosa podataka kroz kanal • Šum, slabljenje, distorzija kašnjenja NTPMNG - Pristupna mreža 6

Furijeova analiza • Razvoj periodičnih funkcija u redove • Osnovna frekvencija • Harmonici • Rekonstrukcija originalne funkcije na osnovu Furijeovih koeficijanata NTPMNG - Pristupna mreža 7

Ograničena širina propusnog opsega (a) Binarni signal i Furijeovi koeficijenti. (b) – (c) Aproksimacija originalnog signala sa 1 i 2 harmonika. NTPMNG - Pristupna mreža 8

Ograničena širina propusnog opsega(2) (d) – (e) Aproksimacija originalnog signala sa 4 i 8 harmonika. NTPMNG - Pristupna mreža 9

Ograničena širina propusnog opsega(3) • Telefonska linija – 3000 Hz propusni opseg • Veza brzine prenosa i broja harmonika • Za slanje 8 bita T = 8/bps NTPMNG - Pristupna mreža 10

Maksimalna brzina prenosa podataka kroz kanal • Nyquist (1924) – kanal bez šuma C [b/s] = 2 W log 2 M W – širina propusnog opsega [Hz] M – broj nivoa Primjer: Binarni signal kroz telefonsku liniju. W = 3000 Hz, M = 2 => C = 2*3000*log 22 C = 6000 b/s Signal sa 8 nivoa (M = 8 => 3 puta veća brzina) C = 18000 b/s NTPMNG - Pristupna mreža 11

Šum • Shannon(1948) – kanal sa šumom (realno) C [b/s] = W log 2(1 + S/N) S/N – odnos signal šum SNR[db] = 10 log 10(S/N) (obično izraženo) Primjer: Signal kroz telefonsku liniju, SNR = 20 - 30 db W = 3000 Hz, S/N = 10 SNR/10 S/N = 100 - 1000 C = 3000*log 2(1 + 100) C = 19975 b/s C = 3000*log 2(1 + 1000) C = 29902 b/s • Maksimum nezavisno od broja nivoa NTPMNG - Pristupna mreža 12

Slabljenje • Smanjivanje amplitude signala 10 log 10(P 1/P 2) [db] P 1 – Ulazna snaga P 2 – Izlazna snaga • Zavisno od karakteristike prenosnog medija, frekvencije i udaljenosti • Korekcija – pojačavači ili repeater-i NTPMNG - Pristupna mreža 13

Distorzija kašnjenja • Ne prostiru se sve frekvencije istom brzinom • Neki harmonici stižu do odredišta ranije, a neki kasnije NTPMNG - Pristupna mreža 14

NTPMNG - Pristupna mreža 15

Prenosni mediji • Svrha – prenos podataka od jedne do druge lokacije • Žičani • Bežični NTPMNG - Pristupna mreža 16

Žičani mediji • Kabl sa upredenim paricama • Koaksijalni kabl • Kabl sa optičkim vlaknima NTPMNG - Pristupna mreža 17

Upredena parica Kategorija 3 Category 3 Kategorija 5 Category 5 • Upredanje – smanjenje emisije para kablova • Parice – telefonski sistemi • Kablovi – obično 4 para • Propusni opseg • Cat 3 • Cat 5 • Cat 6 16 MHz 100 MHz 250 Mhz (Cat 7 600 MHz) NTPMNG - Pristupna mreža 18

Koaksialni kabl • 75 Ω - analogni prenos • 50 Ω - digitalni prenos • Širi propusni opseg (1 GHz) • Bolja zaštita od šuma NTPMNG - Pristupna mreža 19

Optički prenos • Svjetlosni izvor (ima svjetla 1, nema 0) • Prenosni medij • Detektor (električni impuls kad dobije svjetlo) NTPMNG - Pristupna mreža 20

Prenos svjetlosti kroz vlakno Slabljenje svjetla kroz vlakno. • Širina propusnog opsega (sve tri zone) 25. 000 do 30. 000 GHz NTPMNG - Pristupna mreža 21

Kablovi sa optičkim vlaknima Jedno vlakno Snop od tri vlakna NTPMNG - Pristupna mreža 22

Kablovi sa optičkim vlaknima (2) • Dvije vrste svjetlosnih izvora • LED (Light Emitting Diode) • Poluprovodnički laser Osobina LED Poluprovodnički laser Brzina prenosa podataka Mala Velika Tip vlakna Multimode ili single mode Udaljenost Mala Velika Životni vijek Dug Kratak Temperaturna osjetljivost Neznatna Znatna Cijena Niska Visoka NTPMNG - Pristupna mreža 23

Uporedba optičkih i bakarnih kablova • Optika • • Veći propusni opseg Manje slabljenje Manja osjetljivost na smetnje i vanjske uticaje Lakši • Bakar • Dobro poznata tehnologija • Manja osjetljivost na savijanje • Niža cijena NTPMNG - Pristupna mreža 24

DSL • Koristi postojeće telefonske linije (parice) • Koristi frekvencije iznad onih koje se koriste za prenos govora • Na krajevima (za samo glas bili) filteri 300 – 3400 Hz • Ukloniti filtere – povećati propusnost • Ne smije ometati telefon i faks NTPMNG - Pristupna mreža 25

DSL (2) NTPMNG - Pristupna mreža 26

Discrete Multi. Tone modulacija NTPMNG - Pristupna mreža 27

DSL (3) Tipična konfiguracija DSL opreme NTPMNG - Pristupna mreža 28

Ograničenja prenosa po parici • Prigušenje • veće što je linija duža • veće što je frekvencija viša • Preslušavanje • raste sa frekvencijom NTPMNG - Pristupna mreža 29

Dužina parice - propusnost NTPMNG - Pristupna mreža 30

Asinhroni DSL (ADSL) • Brzina prema korisniku (downstream) veća od brzine ka davaocu usluge (upstream) • Inicijalno napravljeno za prenos video sadržaja • Kasnije za pristup Internetu • većina saobraćaja ka korisniku • to se sada pomalo mijenja • Smanjuje Near End Cross Talk NTPMNG - Pristupna mreža 31

ADSL modulacija • Carrierless amplitude phase (CAP) • varijanta QAM • do 1996. preovladavajuća • Discrete Multi. Tone (DMT) • • • coded OFDM više nosilaca sa manjom propusnošću ukupna propusnost slična kao da se koristi sva frekvencija pogodan za promjenljive i lošije uslove danas preovladava NTPMNG - Pristupna mreža 32

ADSL (G. DMT) standard • ITU G. 992. 1 • POTS i ADSL po istoj liniji • Glasovni opseg 0 – 4 k. Hz • ADLS opseg 25 k. Hz – 1104 k. Hz • 25 k. Hz – 138 k. Hz upstream • 138 k. Hz – 1, 1 MHz downstream • Zaštitni (nekorišteni) opseg • 4 k. Hz – 25 KHz NTPMNG - Pristupna mreža 33

G. DMT modulacija podataka • Na više (255) nosilaca • Svaki širine 4, 3125 k. Hz • Svaki sa 32 kbp/s propusnosti • 224 downstream • 31 upstream NTPMNG - Pristupna mreža 34

G. DMT kodiranje • Modem davaoca usluge ATU-C • Modem korisnika ATU-R • Po svakom od nosilaca • Konstelacijski dijagrami • Trellis kodiranje • QAM • kombinacija amplitudne i fazne modulacije • (ili) PSK NTPMNG - Pristupna mreža 35

G. DMT detekcija i korekcija grešaka • Reed-Solomon kodovi • FEC • Poteškoća se više istovremenih grešaka • Alternativa interleaving • Uvodi dodatno kašnjenje NTPMNG - Pristupna mreža 36

ADSL brzine • Makismalne brzina • 8 Mb/s downstream • 1 Mb/s upstream • za dužine do 1, 8 km • Veće dužine -> osjetno opadanje brzine NTPMNG - Pristupna mreža 37

ADSL Lite (G. Lite) • G. 992. 2 • Jednostavnija varijanta • Manje brzine • 1, 5 Mb/s downstream, 512 kb/s upstream • Manje nosilaca • 127 downstream • Nije neophodan splitter kod korisnika • ne moraju monteri dolaziti • jednostavnije i jeftinije za davaoca usluge • Malo se koristi NTPMNG - Pristupna mreža 38

ADSL 2 • G. 992. 3 • Veće (downstream) brzine • 12 Mb/s (do 2 km) • Veće daljine (dužine parice) • do 5, 5 km • Brža inicijalizacija • 3 sekunde (bila 10 za ADSL) NTPMNG - Pristupna mreža 39

ADSL 2 (2) • Dinamička modifikacija brzine kanala (podnosilaca) • prilagođavanje uslovima • neki kanali mogu pasti na 0, a da ukupna linija i dalje radi • Poboljšane • tehnike kodiranja • algoritmi obrade signala NTPMNG - Pristupna mreža 40

ADSL 2 (3) • Bolja podrška za paketske aplikacije • direktno mapiranje okvira drugog sloja sa ADSL 2 PMS-TC okvirima (PTM) • Kompletno digitalni način rada • moguće koristiti dio opsega za glas • za glas se onda koristi Vo. IP NTPMNG - Pristupna mreža 41

ADSL 2+ • G. 992. 5 • Baziran na ADSL 2 • Dupliranja frekventnog spektra • sa 1, 1 MHz na 2, 2 MHz • sada 512 podnosilaca • Dupliranje (downstream) brzine • 24 Mb/s (za daljine do 1, 5 km) • Manja dužina parice • brzina brže opada sa povećanjem dužine NTPMNG - Pristupna mreža 42

ADSL, ADSL 2 i ADSL 2+ NTPMNG - Pristupna mreža 43

VDSL • G. 993. 1 • Very-high-bit-rate digital subscriber line • Veće brzine • 50 Mb/s (do 330 m) • 13 Mb/s (preko 1500 m) • Širi frekventni opseg • do 12 MHz NTPMNG - Pristupna mreža 44

VDSL prerespodjela opsega • Dva upstream i dva downstream opsega • Mogu i druge granice, ali opet ih je 2+2 NTPMNG - Pristupna mreža 45

VDSL 2 • G. 993. 2 • Ethernet enkapsulacija • Još širi frekventni opseg • do 30 MHz • dodatni podopsezi (do 3 up, do 4 down) • Još veća brzina • 100 Mb/s down, 100 Mb/s up (do 300 m) • Manja maksimalna dužina parice • do 2500 m NTPMNG - Pristupna mreža 46

Pitanje koegzistencije • Različiti DSL različite frekvencije • Moguće međusobne smetnje • Smetnje na opsezima za radio amatere • Brži DSL -> kraće parice • Potrebno terminirati ih (DSLAM) bliže korisniku • Gdje to sve smjestiti? • lokacija, napajanje, klimatizacija, . . . NTPMNG - Pristupna mreža 47

SDSL • Simetrični DSL • Nije standardizovan • Nije toliko zastupljen • Preteča standardizovanog SHDSL NTPMNG - Pristupna mreža 48

SHDSL • G. 991. 2 • Single-pair high-speed DSL • Može biti simetričan i asimetričan • Saobraćaj nije više toliko asimetričan • sve je više saobraćaja od korisnika • Poslovnim korisnicima često treba simetrična propusnost NTPMNG - Pristupna mreža 49

SHDSL (2) • Brzine • do 2, 3 Mb/s • Dužine • do 3000 m NTPMNG - Pristupna mreža 50

Sumarni pregled Standard (oznaka) Naziv Brzine Frekventni opsezi G. 991. 2 (G. SHDSL) Single-pair highspeed DSL 2304 kb/s up 2304 kb/s down 0 – 400 k. Hz up/down G. 992. 2 (G. DMT) Asymmetric DSL 1 Mb/s up 8 Mb/s down 25 -138 k. Hz up 138 – 1104 k. Hz down G. 992, 2 (G. Lite) Splitterless ADSL 1 Mb/s up 1, 5 Mb/s down 25 -138 k. Hz up 138 – 552 k. Hz down G. 992. 3 ADSL 2 1 Mb/s up 12 Mb/s down 25 -138 k. Hz up 138 – 1104 k. Hz down G. 992. 4 Splitterless ADSL 2 1 Mb/s up 1, 5 Mb/s down 25 -138 k. Hz up 138 – 552 k. Hz down G. 992. 5 ADSL 2+ 1 Mb/s up 24 Mb/s down 26 -138 k. Hz up 138 – 2208 k. Hz down G. 993. 1 VDLS 13 Mb/s up 22 Mb/s down 26 k. Hz – 12 MHz up/down G. 993. 2 VDSL 2 100 Mb/s up NTPMNG - Pristupna mreža 100 Mb/s down 26 k. Hz – 30 MHz up/down 51

Pristup preko kablovske • Kablovska televizija • razvod namijenjen za gledanje TV • jednosmjeran saobraćaj • Velika propusnost koaksijalnog kabla u odnosu na telefonsku paricu • Prvi dvosmjerni sistemi nisu bili standardizovani NTPMNG - Pristupna mreža 52

Mreža kablovske televizije • Sistem sa zajedničkom TV antenom • Internet pristup preko kablovske mreže • Alokacija spektra • Kablovski modemi • Poređenje ADSL i kablovskog pristupa NTPMNG - Pristupna mreža 53

Sistem sa zajedničkom TV antenom Prvi sistemi kablovske televizije NTPMNG - Pristupna mreža 54

Internet preko kablovske Savremeni kablovski razvod NTPMNG - Pristupna mreža 55

NTPMNG - Pristupna mreža 56

Alokacija spektra na kablu Alokacija frekvencija na tipičnom sistemu kablovske TV koji se koristi i za pristup Internetu u SAD NTPMNG - Pristupna mreža 57

Upotreba frekvencija • 90 – 1000 MHZ ka korisnicima • Širina prenosnog kanala • 8 MHz Euro. DOCSIS • 6 MHZ DOCSIS • 5 – 80 MHZ od korisnika NTPMNG - Pristupna mreža 58

Kablovski modemi Tipična raspodjela kanala na kablu u Sjevernoj Americi NTPMNG - Pristupna mreža 59

Poteškoće sa kablovskim pristupom • Dijeljeni medij • Pristup opsegu za upstream mora biti upravljan nekim protokolom za dijeljenje medija • Kablovi do građanstva, ali možda ne i do firmi, i dodjela opsega nesimetrična (mnogo više down nego up) • može biti nepogodno za poslovne korisnike NTPMNG - Pristupna mreža 60

DOCSIS • Cable. Labs Inc. protokol • Kablovski modem povezuje računare na kablovski pristup • Kod davaoca usluge CMTS (cable modem termination system) • Između njih je HFC plant (formira RF vezu između CM i CMTS) • Kod korisnika splitter za razdvajanje podatkovnog i TV dijela signala NTPMNG - Pristupna mreža 61

ISO/OSI - DOCSIS NTPMNG - Pristupna mreža 62

DOCSIS (2) • Kod davaoca usluga je i • • DHCP server za provjeru prava i evidentiranje server tačnog vremena DNS server • Kod korisnika • modem dobije IP adresu • iz zajedničkog downstream saobraćaja (“TV kanala”) bira svoje pakete po IP adresi NTPMNG - Pristupna mreža 63

DOCSIS (3) • Kad se modem upali • pretražuje kabl za downstream kanalom • odatle sazna upstream kanal • po njemu se javi CMTS • CMTS • provjeri pravo korištenja • dodjeli mu IP adresu (DHCP) NTPMNG - Pristupna mreža 64

Evolucija (Euro)DOCSIS Ka korisniku 1. 0 1. 1 2. 0 3. 0 91 -857 91 -1000 Modulacija 64 -QAM 256 -QAM Brzina [Mb/s] 55, 62 (50) n x 55, 62 (50) Od korisnika 1. 0 1. 1 2. 0 3. 0 Frekvencija [MHz] 5 -42 Modulacija QPSK (16 -QAM) QPSK 16 -QAM QPSK do 128 -QAM Brzina [Mb/s] 10, 24 (9) 30, 72 (27) n x 30, 72 (27) Frekvencija [MHz] NTPMNG - Pristupna mreža 65

Poređenje ADSL i kablovskog pristupa • Pristupni kabl • upredena parica – manja propusnost, mali dio glas • kokasijalni – veća propusnost, veliki dio koristi TV • Brzina prenosa (lokalne petlje) • garantovana i fiksna • dijeljena • Dostupnost • Sigurnost • Pouzdanost NTPMNG - Pristupna mreža 66

Zaključak • Pristupna mreža veza sa krajnjim korisnikom • Može biti usko grlo • Potrebno imati kablove (ili bežične veze) do korisnika • Različiti kablovi -> različite karakteristike -> različite izvedbe NTPMNG - Pristupna mreža 67

Literatura • C. Hellberg, D. Greene, T. Boyes, “Broadband Network Architectures: Designing and Deploying Triple-Play Services”, 2007, poglavlje 6, “Evolutions in Last-Mile Broadband Access” • F. Hens, J. Caballero, “ Triple Play: Building the converged network for IP, Vo. IP and IPTV”, poglavlje 8, “Broadband Access” • (Euro)DOCSIS specifikacije NTPMNG - Pristupna mreža 68