Systemy i sieci

Systemy i sieci

telekomunikacyjne

telekomunikacyjne

Wykład: 30 godzin

Wykład: 30 godzin

Laboratorium: 15 godzin

Laboratorium: 15 godzin

Wykład –

Wykład –

zaliczenie z oceną

zaliczenie z oceną

Laboratorium – zaliczenie z oceną

Laboratorium – zaliczenie z oceną

Cele dydaktyczne

Cele dydaktyczne



Celem kształcenia jest przekazanie

Celem kształcenia jest przekazanie

studentom kierunku elektronika i

studentom kierunku elektronika i

telekomunikacja podstawowych

telekomunikacja podstawowych

wiadomości na temat systemów i sieci

wiadomości na temat systemów i sieci

telekomunikacyjnych. Celem nadrzędnym

telekomunikacyjnych. Celem nadrzędnym

jest przekazanie umiejętności analizy

jest przekazanie umiejętności analizy

systemów i sieci telekomunikacyjnych z

systemów i sieci telekomunikacyjnych z

punktu widzenia wyboru rodzaju usług i

punktu widzenia wyboru rodzaju usług i

technik sieciowych; rozumienia kierunków

technik sieciowych; rozumienia kierunków

rozwoju technik, systemów, sieci i usług

rozwoju technik, systemów, sieci i usług

telekomunikacyjnych.

telekomunikacyjnych.

Efekty kształcenia

Efekty kształcenia



Opanowanie przez studentów znajomości

Opanowanie przez studentów znajomości

systemów i sieci telekomunikacyjnych.

systemów i sieci telekomunikacyjnych.

Zdobycie wiedzy na temat ich projektowania i

Zdobycie wiedzy na temat ich projektowania i

działania. Opanowanie wiedzy w zakresie

działania. Opanowanie wiedzy w zakresie

stosowanych protokołów

stosowanych protokołów

telekomunikacyjnych. Nabycie przez

telekomunikacyjnych. Nabycie przez

studentów umiejętności symulacji sieci

studentów umiejętności symulacji sieci

telekomunikacyjnych. Nabycie umiejętności

telekomunikacyjnych. Nabycie umiejętności

optymalizacji pracy oraz integracji sieci

optymalizacji pracy oraz integracji sieci

telekomunikacyjnych. Zdobycie wiedzy na

telekomunikacyjnych. Zdobycie wiedzy na

temat analizy uzyskanych wyników

temat analizy uzyskanych wyników

symulacyjnych oraz ich wiarygodności.

symulacyjnych oraz ich wiarygodności.

Program wykładu

Program wykładu



Wprowadzenie do telekomunikacji.

Wprowadzenie do telekomunikacji.



Systemy przesyłania informacji.

Systemy przesyłania informacji.



Ruch telekomunikacyjny.

Ruch telekomunikacyjny.



Modele warstwowe.

Modele warstwowe.



Protokoły komunikacyjne i systemy sygnalizacji.

Protokoły komunikacyjne i systemy sygnalizacji.



Techniki transmisyjne.

Techniki transmisyjne.



Techniki multipleksacji.

Techniki multipleksacji.



Przeciwdziałanie zakłóceniom transmisji.

Przeciwdziałanie zakłóceniom transmisji.



Kodowanie sygnałów.

Kodowanie sygnałów.

Program wykładu

Program wykładu



Techniki komutacji.

Techniki komutacji.



Podział sieci telekomunikacyjnych.

Podział sieci telekomunikacyjnych.



Usługi telekomunikacyjne.

Usługi telekomunikacyjne.



Pojęcia QoS i GoS.

Pojęcia QoS i GoS.



Urządzenia sieciowe.

Urządzenia sieciowe.



Media transmisyjne.

Media transmisyjne.



Sieci telefoniczne, zintegrowane, komórkowe i

Sieci telefoniczne, zintegrowane, komórkowe i

teleinformatyczne.

teleinformatyczne.



Integracja podstawowych usług

Integracja podstawowych usług

telekomunikacyjnych.

telekomunikacyjnych.

Program wykładu

Program wykładu



Sieci bezprzewodowe.

Sieci bezprzewodowe.



Sieci dostępowe.

Sieci dostępowe.



Sieci szkieletowe.

Sieci szkieletowe.



Sieci optyczne.

Sieci optyczne.



Zarządzanie sieciami i usługami.

Zarządzanie sieciami i usługami.



Integracja sieci telekomunikacyjnych.

Integracja sieci telekomunikacyjnych.



Sieci Następnej Generacji oraz Internet Następnej

Sieci Następnej Generacji oraz Internet Następnej

Generacji.

Generacji.

Literatura

Literatura



Dąbrowski M., Ostrowski P.: Systemy i sieci

Dąbrowski M., Ostrowski P.: Systemy i sieci

teleinformatyczne, WKiŁ Warszawa 1997;

teleinformatyczne, WKiŁ Warszawa 1997;



Norris M., Teleinformatyka, WKŁ, Warszawa,

Norris M., Teleinformatyka, WKŁ, Warszawa,

2002r;

2002r;



Jajszczyk A.: Wstęp do telekomunikacji,

Jajszczyk A.: Wstęp do telekomunikacji,

Warszawa, WNT, 1998;

Warszawa, WNT, 1998;



Kabaciński M., Żal M., „Sieci

Kabaciński M., Żal M., „Sieci

telekomunikacyjne”, WKŁ, Warszawa 2008.

telekomunikacyjne”, WKŁ, Warszawa 2008.



Kościelnik D.: ISDN. Cyfrowe sieci zintegrowane

Kościelnik D.: ISDN. Cyfrowe sieci zintegrowane

usługowo, Warszawa, WKŁ, 1997

usługowo, Warszawa, WKŁ, 1997

Pojęcie „Telekomunikacja”

Pojęcie „Telekomunikacja”



z greki: tele - daleko, na odległość

z greki: tele - daleko, na odległość



z łaciny: communicatio - wymiana, łączność,

z łaciny: communicatio - wymiana, łączność,

rozmowa

rozmowa

Definicja telekomunikacji wg. Encyklopedii

Definicja telekomunikacji wg. Encyklopedii

Powszechnej PWN:

Powszechnej PWN:

„

„

Telekomunikacja

Telekomunikacja

- dziedzina działalności

- dziedzina działalności

ludzkiej dotycząca przekazywania na

ludzkiej dotycząca przekazywania na

odległość

odległość

wiadomości

wiadomości

za pośrednictwem sygnałów

za pośrednictwem sygnałów

(zwykle elektrycznych).”

(zwykle elektrycznych).”

Telegraf optyczny

Telegraf optyczny

Chappe’go, 1800

Chappe’go, 1800

Alexander Graham Bell

Alexander Graham Bell

patentuje telefon, 1876

patentuje telefon, 1876

Rozwój telefonii

Rozwój telefonii

Linie telefoniczne

Linie telefoniczne

napowietrzne, 1911,

napowietrzne, 1911,

USA,

USA,

Pierwsza centrala

Pierwsza centrala

ręczna

ręczna

w Niemczech, 1891,

w Niemczech, 1891,

Berlin

Berlin

Rozwój telefonii

Rozwój telefonii

Wybierak

Wybierak

elektromechaniczny

elektromechaniczny

Srowgera, 1889

Srowgera, 1889

Centrala

Centrala

automatyczna,

automatyczna,

1927, Monachium

1927, Monachium

Pionierzy sieci

Pionierzy sieci

bezprzewodowych

bezprzewodowych

James Clark Maxwell (1831-1879)

James Clark Maxwell (1831-1879)

w oparcie o rezultaty badań Gauss’a,

w oparcie o rezultaty badań Gauss’a,

Faraday’a i Ampere’a sformułował

Faraday’a i Ampere’a sformułował

jednolitą teorię elektromagnetyzmu i

jednolitą teorię elektromagnetyzmu i

przewidział teoretycznie istnienie fal

przewidział teoretycznie istnienie fal

elektromagnetycznych

elektromagnetycznych

Heinrich Rudolf Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

(1857-1894)

(1857-1894)

zademonstrował

zademonstrował

doświadczalnie istnienie

doświadczalnie istnienie

fal radiowych

fal radiowych

Pionierzy sieci

Pionierzy sieci

bezprzewodowych

bezprzewodowych

Guglielmo Marconi (1874-1937)

Guglielmo Marconi (1874-1937)

pokazał możliwość

pokazał możliwość

wykorzystania

wykorzystania

fal radiowych w telekomunikacji

fal radiowych w telekomunikacji

Pierwszy odbiornika

Pierwszy odbiornika

radiowy

radiowy

A. S. Popow, 1895,

A. S. Popow, 1895,

Pierwszy przekaźnik radiowy 1.7 GHz,

Pierwszy przekaźnik radiowy 1.7 GHz,

po obu stronach kanału La Manche,

po obu stronach kanału La Manche,

1931

1931

Telekomunikacja

Telekomunikacja

bezprzewodowa - główne daty

bezprzewodowa - główne daty

historyczne

historyczne



koniec XIX wieku – pierwsza transmisja

koniec XIX wieku – pierwsza transmisja

bezprzewodowa,

bezprzewodowa,



początek XX wieku – rozwój radia,

początek XX wieku – rozwój radia,



lata II Wojny Światowej – rozwój techniki radarowej,

lata II Wojny Światowej – rozwój techniki radarowej,



lata powojenne – rozwój telewizji czarno-białej i

lata powojenne – rozwój telewizji czarno-białej i

kolorowej,

kolorowej,



1953 – początek komunikacji satelitarnej,

1953 – początek komunikacji satelitarnej,



przełom lat 70 i 80 XX wieku – telefonia komórkowa

przełom lat 70 i 80 XX wieku – telefonia komórkowa

analogowa,

analogowa,



lata 90 i późniejsze – telefonia komórkowa cyfrowa

lata 90 i późniejsze – telefonia komórkowa cyfrowa

GSM, UMTS,

GSM, UMTS,



początek XXI wieku – bezprzewodowa komunikacja

początek XXI wieku – bezprzewodowa komunikacja

ruchoma.

ruchoma.

System telekomunikacyjny

System telekomunikacyjny

System telekomunikacyjny i

System telekomunikacyjny i

jego elementy

jego elementy



Połączeniem może być dowolne medium

Połączeniem może być dowolne medium

transmisyjne: przewód miedziany (skrętka, kabel

transmisyjne: przewód miedziany (skrętka, kabel

koncentryczny), światłowód, fala radiowe, fala

koncentryczny), światłowód, fala radiowe, fala

świetlna (w wolnej przestrzeni).

świetlna (w wolnej przestrzeni).

Konfiguracja typu punkt-punkt

Konfiguracja typu punkt-punkt

System telekomunikacyjny i

System telekomunikacyjny i

jego elementy

jego elementy

Sieć z N abonentami i bez węzła komutacyjnego

Sieć z N abonentami i bez węzła komutacyjnego

(połączenia „każdy z każdym”)

(połączenia „każdy z każdym”)

System telekomunikacyjny i

System telekomunikacyjny i

jego elementy

jego elementy

Sieć z N abonentami i z węzłem komutacyjnym

Sieć z N abonentami i z węzłem komutacyjnym

System telekomunikacyjny i

System telekomunikacyjny i

jego elementy

jego elementy

Sieć z węzłem tranzytowym

Sieć z węzłem tranzytowym

Składniki internetu

Składniki internetu

Sieć telekomunikacyjna

Sieć telekomunikacyjna



Sieć telekomunikacyjna jest zbiorem węzłów połączonych

Sieć telekomunikacyjna jest zbiorem węzłów połączonych

ze sobą tak, aby możliwa była wymiana informacji

ze sobą tak, aby możliwa była wymiana informacji

pomiędzy dowolnymi użytkownikami sieci (abonentami).

pomiędzy dowolnymi użytkownikami sieci (abonentami).



Są dwa rodzaje węzłów: węzły końcowe (np. telefon,

Są dwa rodzaje węzłów: węzły końcowe (np. telefon,

terminal, komputer, itp.) i węzły komunikacyjne (centrala

terminal, komputer, itp.) i węzły komunikacyjne (centrala

telefoniczna, przełącznik pakietów, koncentrator, router,

telefoniczna, przełącznik pakietów, koncentrator, router,

most, itp.)

most, itp.)



Węzły końcowe są źródłem i odbiornikiem informacji w

Węzły końcowe są źródłem i odbiornikiem informacji w

sieci, węzły komunikacyjne przenoszą (transportują)

sieci, węzły komunikacyjne przenoszą (transportują)

informację w sieci.

informację w sieci.



Oba rodzaje węzłów również przetwarzają informację (np.

Oba rodzaje węzłów również przetwarzają informację (np.

routing, czyli wybór trasy, kodowanie i dekodowanie,

routing, czyli wybór trasy, kodowanie i dekodowanie,

retransmisja, sygnalizacja, kompresja, pakietyzacja, itp.)

retransmisja, sygnalizacja, kompresja, pakietyzacja, itp.)

Wymagania stawiane sieci

Wymagania stawiane sieci

teleinformatycznej

teleinformatycznej



Jak najmniejsze opóźnienie przekazu informacji,

Jak najmniejsze opóźnienie przekazu informacji,



jak najlepsza efektywność wykorzystania zasobów

jak najlepsza efektywność wykorzystania zasobów

(pasmo częstotliwości, przepustowość). Żadna

(pasmo częstotliwości, przepustowość). Żadna

część sieci nie powinna pozostawać bezczynna,

część sieci nie powinna pozostawać bezczynna,



koszt budowy sieci, ew. późniejszej modernizacji

koszt budowy sieci, ew. późniejszej modernizacji

oraz bieżącego utrzymania powinny być jak

oraz bieżącego utrzymania powinny być jak

najniższe.

najniższe.

Sieć teleinformatyczna -

Sieć teleinformatyczna -

składniki

składniki

Wymiana wiadomości przez sieć telekomunikacyjną wymaga

Wymiana wiadomości przez sieć telekomunikacyjną wymaga

rozwiązania problemów:

rozwiązania problemów:



teletransmisji,

teletransmisji,



telekomutacji,

telekomutacji,



sygnalizacji.

sygnalizacji.



Teletransmisja

Teletransmisja

zajmuje się transportem informacji pomiędzy

zajmuje się transportem informacji pomiędzy

punktami końcowymi systemu telekomunikacyjnego.

punktami końcowymi systemu telekomunikacyjnego.



Telekomutacja

Telekomutacja

zajmuje się budową i funkcjonowaniem węzłów

zajmuje się budową i funkcjonowaniem węzłów

komutacyjnych oraz sposobami realizacji połączeń pomiędzy

komutacyjnych oraz sposobami realizacji połączeń pomiędzy

wejściami i wyjściami węzła.

wejściami i wyjściami węzła.



Sygnalizacja

Sygnalizacja

określa zasady wymiany informacji sterujących

określa zasady wymiany informacji sterujących

pomiędzy węzłami oraz między węzłami a użytkownikami.

pomiędzy węzłami oraz między węzłami a użytkownikami.

Sygnał analogowy

Sygnał analogowy

Sygnał analogowy ma wiele ograniczeń:

Sygnał analogowy ma wiele ograniczeń:



jest bardzo podatny na wszechobecne zakłócenia i

jest bardzo podatny na wszechobecne zakłócenia i

szumy (które ze względu na charakter sygnału nie

szumy (które ze względu na charakter sygnału nie

da się oddzielić od sygnału),

da się oddzielić od sygnału),



jest trudny do przetwarzania i przesyłania,

jest trudny do przetwarzania i przesyłania,



ze względu na specyfikę wymaga stosowania

ze względu na specyfikę wymaga stosowania

urządzeń wysokiej jakości, zatem drogich.

urządzeń wysokiej jakości, zatem drogich.

Sygnał cyfrowy

Sygnał cyfrowy

Telefonia – dobór pasma

Telefonia – dobór pasma

Zakres słyszalności ucha ludzkiego 20Hz-20kHz

Zakres słyszalności ucha ludzkiego 20Hz-20kHz

300

3400

]

[Hz

f

kHz

f

1

,

3





Pasmo telefoniczne

Próbkowanie sygnału

Próbkowanie sygnału

Jeżeli sygnał analogowy jest dostatecznie regularny to

Jeżeli sygnał analogowy jest dostatecznie regularny to

można go przedstawić w postaci sumy sygnałów

można go przedstawić w postaci sumy sygnałów

sinusoidalnych o różnych częstotliwościach – widmo

sinusoidalnych o różnych częstotliwościach – widmo

częstotliwościowe.

częstotliwościowe.



Konwersję sygnału analogowego na cyfrowy umożliwia

Konwersję sygnału analogowego na cyfrowy umożliwia

tzw. zasada próbkowania (twierdzenie Shannona):

tzw. zasada próbkowania (twierdzenie Shannona):

Aby odtworzyć wiernie sygnał analogowy na podstawie

Aby odtworzyć wiernie sygnał analogowy na podstawie

próbek, szybkość próbkowania musi być dwa razy większa

próbek, szybkość próbkowania musi być dwa razy większa

niż najwyższa częstotliwość widma sygnału analogowego.

niż najwyższa częstotliwość widma sygnału analogowego.

Próbkowanie sygnału

Próbkowanie sygnału

Kwantyzacja

Kwantyzacja



Moc szumu kwantyzacji jest stała i zależy

Moc szumu kwantyzacji jest stała i zależy

wyłącznie od wartości skoku kwantyzacji.

wyłącznie od wartości skoku kwantyzacji.



Odstęp od szumu kwantyzacji jest mniejszy

Odstęp od szumu kwantyzacji jest mniejszy

dla próbek o mniejszych wartościach.

dla próbek o mniejszych wartościach.

Kompresja i ekspansja

Kompresja i ekspansja

Kompresja polega na zwiększeniu wartości

Kompresja polega na zwiększeniu wartości

małych

małych

amplitud i zmniejszeniu dużych amplitud

amplitud i zmniejszeniu dużych amplitud

sygnału

sygnału

kodowanego, zaś ekspansja polega na

kodowanego, zaś ekspansja polega na

procesach

procesach

odwrotnych, tak aby wypadkowa

odwrotnych, tak aby wypadkowa

charakterystyka

charakterystyka

przejściowa toru transmisyjnego była

przejściowa toru transmisyjnego była

liniowa.

liniowa.

Kompresja i ekspansja

Kompresja i ekspansja

Kompresja cyfrowa

Kompresja cyfrowa

Aproksymacja krzywej
kompresji linią łamaną

Odpowiada to dodaniu

do

kodu liniowego czterech
bitów, czyli pozornemu
zwiększeniu jego

długości

z 8 do 12 bitów

Kompresja cyfrowa

Kompresja cyfrowa



Zasada tworzenia sygnału kompresji cyfrowej np.

Zasada tworzenia sygnału kompresji cyfrowej np.

PCM:

PCM:



przedział próbkowania jest dzielony na 4096

przedział próbkowania jest dzielony na 4096

poziomów (2048 - dodatnich i 2048 ujemnych). Są

poziomów (2048 - dodatnich i 2048 ujemnych). Są

one kodowane słowem 12 bitowym (11 bitów wartości

one kodowane słowem 12 bitowym (11 bitów wartości

poziomu kwantyzacji + bit znaku)

poziomu kwantyzacji + bit znaku)



2048 poziomów dzieli się

2048 poziomów dzieli się

nierównomiernie

nierównomiernie

na 8

na 8

przedziałów (kodowanych 3 bitami)

przedziałów (kodowanych 3 bitami)



każdy przedział jest kodowany 4 bitami (16

każdy przedział jest kodowany 4 bitami (16

poziomów)

poziomów)

Konwersja analogowo-

Konwersja analogowo-

cyfrowa

cyfrowa



Sygnał mowy o paśmie 4 kHz wymaga 8000 próbek na sekundę,

Sygnał mowy o paśmie 4 kHz wymaga 8000 próbek na sekundę,

co daje sygnał cyfrowy 8000 próbek x 8 czyli 64 kb / sekundę

co daje sygnał cyfrowy 8000 próbek x 8 czyli 64 kb / sekundę