Επικοινωνίες Πρόσβασης Επίκουρος Καθηγητής Βασίλης Στυλιανάκης Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστημίου Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών.

Παρουσίαση με θέμα: "Επικοινωνίες Πρόσβασης Επίκουρος Καθηγητής Βασίλης Στυλιανάκης Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστημίου Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Επικοινωνίες Πρόσβασης Επίκουρος Καθηγητής Βασίλης Στυλιανάκης Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστημίου Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Ενσύρματη Ευρυζωνική Πρόσβαση-Η xDSL Τεχνολογία

2 Επικοινωνία μέσω Modem Modem = modulator-demodulator Διαμόρφωση (Modulation) : Η μετατροπή της ψηφιακής πληροφορίας (σύμβολα) σε αναλογικά σήματα (κυματομορφές) Αποδιαμόρφωση (Demodulation): Η μετατροπή των (λαμβανομένων στο δέκτη) κυματομορφών σε ψηφιακή πληροφορία Επιτρέπουν την επικοινωνία δύο υπολογιστών μέσω τυπικών τηλεφωνικών γραμμών

3 Η Σύνδεση ενός ADSL στο Τηλεφωνικό Δίκτυο

4 Ο Εξοπλισμός ADSL Εξοπλισμός στον χρήστη DSLAMs Αστικό Κέντρο Τηλεφωνικές Γραμμές ADSL Modem Οικιακός Χρήστης

5 Modem Φωνής Η Εξέλιξη της Ευρυζωνικής Πρόσβασης ISDN ADSL FTTH FTTx, VDSL2, ADSL2plus Χαλκός Οπτική Ίνα/Χαλκός Οπτική Ίνα

6 ADSL 1.5 to 8Mbit/s 9.6 to 640kbit/s Ευρυζωνικό Δίκτυο Διαδίκτυο Εξυπηρετητές Video (Servers) Ζωντανή μετάδοση Τηλεφωνικό Δίκτυο Ένα Τυπικό Δίκτυο ADSL

7 Βασικά Χαρακτηριστικά Ψηφιακή Συνδρομητική Γραμμή (Digital Subscriber Line) Η μετάδοση δεδομένων γίνεται με ψηφιακή κωδικοποίηση Χρησιμοποιεί την υφιστάμενη τηλεφωνική γραμμή του χρήστη Παρέχει μεγαλύτερη χωρητικότητα με τη χρήση ψηφιακών τεχνικών με παράλληλη χρήση της παραδοσιακής τηλεφωνικής υπηρεσίας με πολύπλεξη Παρέχει ασφάλεια Πάντοτε ενεργή, χωρίς αναγκαίες κλήσεις με αποκοπή και αναμονή. Secure connection.

8 Η Κάλυψη του ADSL Μέγιστη απόσταση χάλκινης διαδρομής 5.5 km Σε μεγαλύτερες αποστάσεις απαιτείται η κάλυψη της αρχικής απόστασης με οπτικές ίνες ώστε να μειωθεί το μήκος της χάλκινης διαδρομής εντός των εφικτών ορίων Ρυθμός Δεδομένων Αριθμός Ζευγών Διατομή Καλωδίου Απόσταση 1.5 or 2 Mbps24 AWG0.5 mm5.5 km 1.5 or 2 Mbps26 AWG0.4 mm4.6 km 6.1 Mbps24 AWG0.5 mm3.7 km 1.5 or 2 Mbps26 AWG0.4 mm2.7

9 Παράγοντες του Ρυθμού των ADSL Απόσταση από το Αστικό Κέντρο Τύπος και διατομή καλωδίων Αριθμός ζευγών στο καλώδιο Γειτνίαση με άλλα καλώδια που μεταφέρουν ADSL, ISDN και άλλου τύπου σήματα υψηλών ρυθμών (διαφωνία – Crosstalk) Γειτνίαση των καλωδίων με ραδιο- πομπούς

10 Η Απόσβεση Συναρτήσει της Συχνότητας

11 Επιδόσεις Διαφορετικών Τεχνολογιών DSL

12 Τα Στοιχεία του ADSL Δικτύου Το ADSL modem στην πλευρά του χρήστη (ATU-R) Το modem στο Αστικό Κέντροω(ATU-C) Ο πολυπλέκτης πρόσβασης του DSL (DSL Access Multiplexer - DSLAM) Ο Ευρυζωνικός Εξυπηρετητής Πρόσβασης (Broadband Access Server - BAS) Ο Διχαστής (Splitter) ένα βαθυπερατό φίλτρο διαχωρισμού της αναλογικής φωνής ή του ISDN σήματος από τις συχνότητες των δεδομένων του ADSL

13 ADSL Modem POTS Filter Mbit/s kbit/s ADSL Modem POTS Filter POTS Mbit/s kbit/s Γραμμή Αστικό ΚέντροΠλευρά Χρήστη Η Δομή του ADSL Modem

14 CPE ήPC ISP ADSL Κάρτα Router Ethernet Hub/Switch 10 base T Ethernet 10 base T Ethernet 10 base T ή 100 base T 45 or 155 Mbit/s ATM ή Ethernet ADSL Βασική Αρχικτονική

15 Διαφορετικές Τεχνολογικές Λύσεις ΟικογένειαITUΌνομαΕγκρίθηκεΜέγιστη Ταχύτητα ADSLG.992.1G.dmt19997 Mbps/800 kbps ADSL2G.992.3G.dmt.bis20028 Mbs/1 Mbps ADSL2plusG.992.5ADSL2plus200324 Mbps/1 Mbps ADSL2-REG.992.3Reach Extended20038 Mbps 1 Mbps SHDSLG.991.2G.SHDSL20015.6 Mbps συμμετρικά VDSLG.993.1Very-high-data-rate DSL200455 Mbps/15 Mbps up VDSL2G.993.2Very-high-data-rate DSL 2 2005100 Mbps/100 Mbps

16 Η Αρχιτεκτονική του Βρόχου του ADSL Voice Switch DSL

17 Η Λειτουργία του ADSL To ADSL χρησιμοποιεί το εύρος ζώνης των χάλκινων τηλεφωνικών γραμμών που αφήνει ανεκμετάλλευτο η παραδοσιακή τηλεφωνική υπηρεσία Ο διαχωρισμός μεταξύ PSTN και ADSL πραγματοποιείται από το διχαστή 425,8751381104KHz PSTNΚαθοδικόDownstreamΑνοδικόUpstream

18 Η Διαμόρφωση στο ADSL Η αντιστοίχιση της πληροφορίας σε κυματομορφές Χαρακτηρίζεται και κώδικας γραμμής (line code). Μπορεί να θεωρηθεί κωδικοποίηση επειδή υπάρχει και άλλο επίπεδο διαμόρφωσης. –Χωρίς Φορέα Πλάτους Φάσης (Carrierless Amplitude Phase - CAP) –Διακριτή Πολυτονική (Discrete Multi-Tone - DMT) –Έχει επικρατήσει η DMT

19 CAP H CAP είναι μέθοδος κωδικοποίησης που διαιρεί το σήμα σε δύο ζώνες 1.Το ανοδικό κανάλι δεδομένων (προς τον πάροχο υπηρεσίας (service provider) στη ζώνη μεταξύ των 25 και των 160kHz. 2.Το καθοδικό κανάλι δεδομένων (προς το χρήστη) μεταξύ των 200kHz και 1.1MHz. Τα κανάλια διαχωρίζονται σε ευρείες αποστάσεις για να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα επικαλύψεων

20 DMT Διαχωρίζει το σήμα του ώστε το ωφέλιμο εύρος συχνοτήτων να διαμερισθεί σε 256 υπο- κανάλια με εύρος 4.3125kHz το καθένα τους Στην καθοδική κατεύθυνση η DMT διαθέτει 224 συχνοτικούς φορείς και στην ανοδική 32 Ελέγχει την κατάσταση του καναλιού τόσο στην εκκίνηση όσον και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας προς μετιστοποίηση της αποδοτικότητας κάθε υπο-καναλιού

21 Διαχωρισμός Ανοδικής- Καθοδικής Κατεύθυνσης Συχνοτικά (Frequency Division Multiplexing - FDM) Με Καταστολή Ηχούς (Echo Cancellation)

22 Το Μοντέλο Αναφοράς του ADSL (ADSL Forum)

23 Το Μοντέλο Αναφοράς της Διαχείρισης του ADSL (ADSL Forum)

24 24 Το Δομικό Διάγραμμα της τεχνικής DMT στο ADSL (ADSL Forum)

25 Το Δομικό Διάγραμμα του ADSL Modem DMT

26 Η Τεχνική DMT

27 Αστερισμοί QAM Μία ακολουθία από bits αντιστοιχίζεται σε ένα μιγαδικό αριθμό που παριστά ένα σημείο στον αστερισμό 1 έως 15 bits ανά σημείο αστερισμού Μέγεθος αστερισμού από 2 1 έως 2 15 = 2 έως 32K

28 Κυκλική Επέκταση Αντιμετωπίζει την ISI Απλοποιεί τoυς ισοσταθμιστές Τα τελευταία δείγματα επαναλαμβάνονται στην αρχή Στον δέκτη το κυκλικό πρόθεμα απορρίπτεται

29 Η Ανάθεση των Bit (Allocation) Χρησιμοποιεί τον τύπο της χωρητικότητας του Shannon Ο αριθμός των bit σε κάθε τόνο καθορίζεται από τον SNR Γ=9.55 αντιστοιχεί σε BER = 10 -7 Τα Bits προσαρμόζονται ώστε ο συνολικός αριθμός του να χωρά σε έναν ακέραιο αριθμός κωδικο-λέξεων Reed-Solomon Τα δύο μέρη γνωρίζουν το μέγεθος το αστερισμού με τη βοήθεια του δημιουργούμενου πίνακα

30 Ισοστάθμιση στο Πεδίο του Χρόνου Time-domain Equalization - TEQ Μειώνει τη διάρκεια της χρονικής απόκρισης του καναλιού Αντιμετωπίζει τη Διασυμβολική Παρεμοβλή (ISI) Χρησιμοποιεί ένα σύμβολο γνωστό και στα δύο modem Με τη μέθοδο καταλήγει σε ένα φίλτρο FIR

31 Ισοστάθμιση στο Πεδίο της Συχνότητας Frequency -domain Equalization – FEQ) Αντιμετωπίζει το συνδυασμό του καναλιού και του TEQ Υπολογίζεται η απόσβεση του καναλιού για κάθε τόνο με την αποστολή ενός γνωστού σήματος και τη σύγκρισή του με το λαμβανόμενο

32 Το πρωτόκολλο Point-to-Point Protocol over Ethernet over ATM (PPPoEoA)

33 Οι Στοίβες Πρωτοκόλλων του ADSL Ethernet over ATM (EoA) IP over ATM (IPoA) PPP over ATM (PPPoA) PPP over Ethernet (PPPoE) Native ATM Application Layer TCP/IP Ethernet 802.3 RFC 1483 ATM/AAL5 RFC 2255 ATM/AAL5RFC 2634 ATM/AAL5 PPP Ethernet 802.3 RFC 1483 ATM/AAL5 RFC 2516 PPP ATM/AAL5 Application Layer

34 Το Επίπεδο ATΜ Χρησιμοποιεί VC (Virtual Channel) ή VP (Virtual Path) Παρέχει Ποιότητα Υπηρεσίας (Quality of Service - QoS) Η σύνδεση μεταξύ δύο τελικών σημείων ονομάζεται Εικονικό Κανάλι (Virtual Channel - VC). Το Εικονικό Μονοπάτι (Virtual Path - VP) υποδηλώνει ένα δεσμό (bundle) εικονικών καναλιών που όλα έχουν τα ίδια τελικά σημεία. Κάθε VC και VP διαθέτουν έναν μοναδικό ταυτοποιητή. Τα VP απλοποιούν τη διευθυνσιοδότηση στο ΑΤΜ Το Στρώμα Προσαρμογής του ATM (ΑΤΜ Adaptation Layer - AAL) μετατρέπει την πληροφορία από τα ανώτερα επίπεδα σε κυψελίδες του ΑTM Ως πρότυπο για ATM πάνω από ADSL υπηρεσία χρησιμοποιείται το AAL5 Μέθοδροι Ενθυλάκωσης του AAL5 (Encapsulation) –Πολύπλεξη Εικονικών Καναλιών (Virtual Channel Multiplexing - VCMux) –LLC/SNAP

35 Δεδομένα πάνω από το ADSL ATM είναι το πρωτόκολλο του data-link layer (Επίπεδο 2) Το DSLAM είναι ένας ATM μεταγωγέας με κάρτες DSL (ATU-C) Τερματίζει τις συνδέσεις ADSL και στέλνει την κίνηση μέσω του ΑΤΜ σε ένα δρομολογητή συνάθροισης (Επίπεδο 3, Τερματίζει συνδέσεις IP) Τα πεκέτα IP ενθυλακώνονται πάνω από το ATM –RFC 1483/2684 Bridged –PPPoE –PPPoA

36 PPP over Ethernet (κυρίως για ADSL) Ένα πλαίσιο Ethernet μεταφέρει το πλαίσιο PPP Στην πλευρά του παρόχου: –Το DSLAM τερματίζει τη DSL σύνδεση –Δρομολογητής Συνάθροισης (Aggregation router) τερματίζει τη σύνοδο PPP Πλευρά του Χρήστη: –Το DSL modem τερματίζει τη DSL σύνδεση –Ο PPPoE client τερματζίει τη σύνοδο PPP session termination Η συσκευή client είναι το PC ή ο δρομολογητής στο CPE Application FTPSMTPHTTP…DNS… Transport TCPUDP Network IPIPv6 Network Access PPP PPPoE Ethernet PPPoE and TCP/IP Protocol Stack

37 Δυνατότητες Υλοποίησης DSL και PPPoE Ο δρομολογητής με εσωτερικό modem τερματίζει το DSL και διαθέτει PPPoE client ώστε να αποκαταστήσει σύνοδο PPPoE. Πιθανώς και DHCP server με Network Address Translation (NAT) και Port Address Translation (PAT) για σύνδεση πολλών χρηστών με μία ADSL σύνδεση και ένα username και password του PPP. Εξωτερικό Modem για το ADSL και δρομολογητής με PPPoE client + (NAT, PAT) Εξωτερικό modem end-user και PC με PPPoE client 1 2 3

38 Αποκατάσταση Συνόδου PPPoE Η σύνοδος PPP είναι από τον PPPoE client μέχρι το δρομολογητή συνάθροισης Η IP διεύθυνση του χρήστη καταχωρείται από το δρομολογητή συνάθροισης μέσω του IPCP

39 ATM/PVC CPEDSLAM Aggregation Router PPP over ATM (συνήθως σε DSL και καλωδιακά modem) Λύση με δρομολόγηση Τα πακέτα του χρήστη δρομολογούνται πάνω από το ATM Πλευρά Παρόχου:Στην πλευρά του παρόχου: –Το DSLAM τερματίζει τη DSL σύνδεση –Δρομολογητής Συνάθροισης (Aggregation router) τερματίζει τη σύνοδο PPP Πλευρά Χρήστη: Το CPE τερματίζει τη σύνδεση DSL και τη σύνοδο PPP IP 802.3 CAT 5 IP 802.3 PPP 1483 ATM CAT 5ADSL ATM ADSLPHY IP PPP 1483 ATM PHY 1483 over ATM IP

40 Αποκατάσταση Συνόδου PPP με το PPPoA Το CPE λαμβάνει μία διεύθυνση IP μέσω του IPCP όπως στο μοντέλο με κλήσεις (Dial-up)

41 Το Γενικό Μοντέλο Αναφοράς του VDSL (ETSI TS 101 270-1 V1.2.1)

42 Μεταφορά Πακέτων του VDSL σύμφωνα με την ITU Η ενθυλάκωση, ευθυγράμμιση πλαισίων και η παρακολούθηση λαθών γίνεται με HDLC. Κάθε πακέτο ενθυλακώνεται σε ένα ξεχωριστό πλαίσιο HDLC.

43 Μάσκες της Φασματικής Πυκνότητας Ισχύος (PSD) του VDSL (ETSI TS 101 270-1 V1.2.1)

44 Ένα Παράδειγμα Κατανομής Συχνοτήτων στο VDSL

45 Οι συχνοτικές ζώνες που καταλαμβάνουν συγκριτικά τα xDSL

46 Τέλος Ενότητας

47 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

48 Σημειώματα

49 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.εδώ

50 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιον Πατρών, Βασίλης Στυλιανάκης. «Επικοινωνίες Πρόσβασης. Ενσύρματη Ευρυζωνική Πρόσβαση-Η xDSL Τεχνολογία». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/modules/document/document.php?course=EE9 01

51 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. [1] http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

52 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

53 Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες Διαφάνεια 3,11 και 15: https://www.broadband- forum.org/marketing/download/mktgdocs/DSLAnywhere_Issue2.pdfhttps://www.broadband- forum.org/marketing/download/mktgdocs/DSLAnywhere_Issue2.pdf Διαφάνεια 10: http://electronicdesign.com/site- files/electronicdesign.com/files/uploads/2014/06/0814_POV_kugelstadt_F1.gifhttp://electronicdesign.com/site- files/electronicdesign.com/files/uploads/2014/06/0814_POV_kugelstadt_F1.gif Διαφάνεια 16: https://www.broadband-forum.org/technical/download/TR-012.pdfhttps://www.broadband-forum.org/technical/download/TR-012.pdf Διαφάνεια 22: https://www.broadband-forum.org/technical/download/TR-001.pdfhttps://www.broadband-forum.org/technical/download/TR-001.pdf Διαφάνεια 23: https://www.broadband-forum.org/technical/download/TR-005.pdfhttps://www.broadband-forum.org/technical/download/TR-005.pdf Διαφάνεια 26: http://www.slideshare.net/sureshavee/ccn-unit1prof-suresha-vhttp://www.slideshare.net/sureshavee/ccn-unit1prof-suresha-v Διαφάνεια 41: http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/101200_101299/10127001/01.02.01_60/ts_1012 7001v010201p.pdf http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/101200_101299/10127001/01.02.01_60/ts_1012 7001v010201p.pdf Διαφάνεια 42-43 και 45: http://www.ieee802.org/3/efm/public/jul01/presentations/oksman_1_0701.pdf http://www.ieee802.org/3/efm/public/jul01/presentations/oksman_1_0701.pdf