Основы инфокоммуникационных технологий Часть 0 - Принципы Князев Кирилл Григорьевич руководитель группы ОАО «МТС» к.т.н., c.н.с.

Цели, задачи курса Цели курса 1. Дать введение в основные принципы, методы, подходы к решению задач, технологии современной связи. 2. Провести обзор современных технологий связи, особенностей построения современных систем и сетей связи (электросвязи). Задачи курса 1. Создать теоретическую и практическую базу для постановки и решения задач в области связи. 2. Создать основу для взаимодействия со специалистами различных специальностей при проектировании, разработке, организации эксплуатации систем и сетей связи.

Программа курса 1.Введение 2.Основные понятия и принципы электросвязи 3.Сигналы и каналы электросвязи 4.Системы передачи и транспортные сети 5.Телефонные сети 6.Сети передачи данных 7.Телематические службы 8.Сети подвижной радиосвязи 9.Сети с интеграцией служб 10.Системы сетевого управления и биллинга 11.Качество в электросвязи

Основные понятия Связь – 1) Передача и прием информации с помощью различных технических средств. 2) Отрасль народного хозяйства, обеспечивающая передачу и прием почтовых, телефонных, телеграфных, радио- и др. сообщений. Связь Электросвязь - передача информации посредством электрических (оптических) сигналов, распространяющихся по проводам (проводная связь), или (и) радиосигналов (радиосвязь) Почтовая связь передача почтовых отправлений (писем, газет, бандеролей…)

Виды преобразований информации: 1.Производство 2.«Кодирование» и модуляция 3.Передача/Приём 4.Распределение 5.Хранение 6.Обработка «Связь» «Информатика»

Роли участников рынка связи Администрация Связи (регулятор) _________________ 1.Стандартизация 2.Лицензирование 3.Надзор (4.Сертификация оборудования) 1.Запрос услуг 2.Потребление услуг 3.Оплата услуг 4.Требования качества 1.Строительство/ Развитие сети 2.Эксплуатация сети 3.Расчеты за услуги 1.Маркетинг услуг 2.Абонентское обслуживание 3.Расчеты за услуги 1.Поставка оборудования 2.Сервис по оборудованию

Запросы участников рынка связи Администрация Связи (регулятор) _________________ 1.Выработка и обе- спечение справедли- вых условий работы 2.Эффективное исполь- зование уникальных ресурсов 3.Удовлетворение потребностей населения и бизнеса

Виды деятельности оператора связи (FAB-модель) Fulfillment- Предоставление услуг Assurance- «Обеспечение» Billing- Расчеты (С) Telemanagement Forum

Обобщенная структура сети связи

К обобщенной структуре сети связи Терминал (оконечное устройство) - (телефонный аппарат, ЭВМ, ТВ/радио-приемник/передатчик, факс, сотовый телефон…) Канал связи – совокупность линий связи (радио, радиорелейных, спутниковых, кабельных,…) и оборудования передачи (усилители, преобразователи, мультиплексоры,…), обеспечивающая передачу нормализованного сигнала между 2 или более точками Коммутатор – (телефонная станция, маршрутизатор, …) устройство адресного распределения сигналов пользователей //в малых или специализированных сетях может отсутствовать Система сетевого управления – компьютерная система, обеспечивающая поддержку эксплуатации и технического обслуживания сети (контроль/диагностика, измерения, управление конфигурацией…) Система расчетов (АСР) – компьютерная система, обеспечивающая учет используемых ресурсов, тарификацию и выставление/контроль оплаты счетов клиентам Сервисная платформа – компьютерная система, содержащая информацию и программы для оказания услуг

Архитектура сетей связи в России (устаревший – до 2005 г. – РД по ВСС РФ – взаимоувязанной сети связи)

Иерархическая структура сети связи России Междугородная (магистральная) сеть

Вехи истории связи (1)

Вехи истории связи (2)

Тенденции развития технологий связи

Эволюция технологий связи ISDN = IDN + Унифицированный доступ ЦСП + ЦКС (PDH -> SDH)КЭ АТС АТС ДШ, АТСК Время Витая пара ТФ TV B-ISDN (ATM+IP+MPLS) IP Х.25 Ethernet Frame Relay FDM xDSL NGN Wi-Fi WiMax СПС (GSM, …, 3G) FDM

Тенденции развития микроэлектроники

Особенности сетей связи как предмета деятельности Масштабность (большая размерность задач) Сложность Стохастичность Многопараметричность / многокритериальность (Производительность – Качество – Стоимость) Многотехнологичность (PSTN – ISDN – Internet – ATM…) Инерционность развития

Основные требования к сетям связи Эффективность (в смысле бизнес-управления) Расширяемость Масштабируемость Высокая надежность (к г > ) Эксплуатационная пригодность Необходимая производительность Соответствие стандартам Разнообразие обеспечиваемых услуг (оборудование и сеть = service enabler)

Услуги в связи Услуга связи – деятельность по приему, обработке, хранению, передаче, доставке сообщений электросвязи или почтовых отправлений (ФЗ О связи 2003 г.) Услуга – функциональные возможности, предоставляемые одним объектом (поставщиком услуг – service provider) другому (пользователю – service user)

Систематика сетей связи (1) По видам передаваемых сигналов Цифровые в каждый момент времени сигнал может принимать одно из целочисленного конечного набора значений Аналоговые По способу распределения информации Коммутируемые Некоммутируемые (dedicated/»выделенные»)

Виды электрических сигналов связи

Систематика сетей связи (2) По видам коммутации С коммутацией каналов (гарантированное качество, минимальные задержки при передаче) До передачи информации создается канал связи С коммутацией сообщений Сообщение пользователя передается с промежуточным накоплением в транзитных узлах С коммутацией пакетов Сообщение пользователя нарезается на пакеты для последующей передачи По режиму доступа пользователей Общего пользования (public) Частного пользования

Систематика сетей связи (3) По роли в многоуровневой архитектуре сети Сеть уровня помещения пользователя (CP – customer premises) Сеть доступа (Access) Местная (локальная – Local) Магистральная сеть (Core) По охватываемой территории Сети масштаба: здания, кампуса, города, района / междугородная / международная

Систематика сетей связи (4) По виду предоставляемых услуг связи Телефонные Телевизионные Мультимедийные Передача данных Телематические (передачи сообщений, доступ к базам информации, факсимильные…) С интеграцией служб (интегрированного обслуживания) Конвергентные услуги

Систематика сетей связи (5) По виду используемой среды передачи: По возможной мобильности пользователей: Стационарные (Fixed) Мобильные (Mobile) Сотовые (Public Land Mobile) Проводные (Wireline)Радио (Wireless) Радиосвязь Спутниковая Сотовая Радиорелейная Металлические кабели Волоконно- оптические кабели

Использование диапазонов частот в связи

Стандартизация в связи Основная цель – обеспечение «Сквозных» (end-to-end) услуг, независимо от поставщиков оборудования используемых технологий поколений оборудования Основной механизм – совместимость оборудования/сетей // Совместимость - комплексное свойство систем, характеризуемое их способностью взаимодействовать при функционировании (ГОСТ )

Стандартизация в связи (2) Что стандартизуется основные понятия и термины номенклатура и спецификации услуг функциональность сетей и оборудования эталонные (reference) структуры сетей алгоритмы функционирования и взаимодействия спецификации устройств (функциональных блоков) и интерфейсов (функциональные, конструктивные, электрические, алгоритмические, информационные) средства формализованного описания (языки, диаграммы) Что НЕ стандартизуется реализация

Структура Международного союза электросвязи

Исследовательские комиссии (Study groups) МСЭ-Т (2003 г.) ИК2 – Технические аспекты предоставления услуг, работы сетей и характеристик ИК3 – Принципы тарифов и учета ИК4 – Управление сетями и техническое обслуживание ИК11- Требования к сигнализации и протоколы ИК12- Характеристики сетей/терминалов с точки зрения сквозной передачи информации ИК13- Многопротокольные и IP-сети ИК15- Оптические и иные транспортные сети ИК16- Мультимедийные услуги, системы и терминалы ИК17- Сети передачи данных и программное обеспечение телекоммуникационных систем Спец.ИК- IMT-2000 и следующие поколения

Серии Рекомендаций МСЭ-Т А – Организация работы B – Определения, символы, классификация D – Тарификация E – Услуги, управление услугами, качество F – Нетелефонные услуги G – Системы и среда передачи, цифровые системы и сети H – Мультимедийные системы I - Цифровая сеть с интеграцией служб M- Управление сетью, техническое обслуживание О – Требования к измерительному оборудованию Р – Качество передачи речи Q – Коммутация и сигнализация V – Обмен данными по телефонной сети X – Сети передачи данных и взаимосвязь открытых систем Y – Глобальная информационная инфраструктура и аспекты Интернет Z – Языки программирования и основные аспекты ПО

Структура канала передачи (1)

Структура канала передачи (2)

Сигналы и каналы Измерение количества информации: Пусть источник информации имеет алфавит A = {a i | i = 1..n} и каждый символ a i генерируется с вероятностью p i. Количество информации, содержащееся в символе a i, оценивается величиной I i = log 1/p i Обычно основание логарифма – 2, и единица измерения называется «бит» (bit – BInary digiT) Среднее количество информации на символ H = I i p i называется энтропией (источника)

Сигналы и каналы (2) Информационная модель канала связи: Для определения количества полученной информации необходима стохастическая модель канала а0а0 а1а1 b0b0 b1b1 P(a 0 /b 0 ) Апостериорная вероятность I (A,B) = H(A) – H(A/B) Где H(A/B) = P(b k ) P(A i /B k ) log (P(A i /B k ))

Сигналы и каналы (3) Некоторые фундаментальные закономерности: 1.Теорема отсчетов («Теорема Котельникова») Сигнал с ограниченным спектром F может быть полностью восстановлен по своим мгновенным значениям (выборкам), следующим с частотой 2F 2.Теорема Шеннона («формула Шеннона – Хартли») Ёмкость (максимальная пропускная способность) канала с шириной полосы F определяется выражением: С = F log (1+Pc/Pп) (Рс – мощность сигнала Рп – мощность помехи)

Сигналы и каналы (4) Некоторые фундаментальные закономерности: 3.Теорема Шеннона («Теорема о кодировании источника») Если производительность источника информации меньше ёмкости канала, сообщения с выхода источника могут быть переданы по каналу и восстановлены на приёмном конце со сколь угодно малой вероятностью ошибки (…всегда существует способ кодирования источника, обеспечивающий сколь угодно малую вероятность ошибки).

Оцифровка аналоговых сигналов АИМ – амплитудно-импульсная модуляция

Затухание симметричного кабеля МГц Дб/100 м

Затухание симметричного кабеля

Затухание ВОЛП

Коаксиал и его затухание

Спектр речи

Кодирование речи и качество

Кодирование цифровых сигналов для передачи по линиям Требования к кодированию: Устойчивость к помехам Эффективное использование полосы канала Способность обеспечить синхронизацию битов Независимость от содержания передаваемых данных (прозрачность)

Спектры импульсов

Кодирование цифровых сигналов Т NRZ RZ Манчестер» AMI (Реальный сигнал)

Качество цифровой передачи

Виды цифровой модуляции Т Амплитудная Частотная Фазовая

Эффективность различных видов модуляции (по использованию спектра) Граница Шеннона ФМ (Фазовая) АМ (Амплитудная) ЧМ (Частотная)

Кабели и диапазоны

Требования к пропускной способности для разных видов сервиса