Δίκτυα Μέσα μετάδοσης 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης.

Παρουσίαση με θέμα: "Δίκτυα Μέσα μετάδοσης 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Δίκτυα Μέσα μετάδοσης 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

2 Γραμμή μεταφοράς Αποδεικνύεται ότι ένα σήμα ημιτονοειδούς μορφής παρουσιάζει τις λιγότερες απώλειες μέσα από μια γραμμή μεταφοράς Συνεπώς όταν πρέπει να μεταφέρουμε μια πληροφορία σε μεγάλες αποστάσεις πρέπει να την φορτώσουμε σε ένα ημιτονοειδές σήμα 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

3 Ρυθμός μετάδοσης και εύρος ζώνης
Είδαμε στο αναλυτικό μοντέλο επικοινωνίας, ότι για να μεταφέρουμε την πληροφορία πρέπει να την φορτώσουμε με την διαδικασία της διαμόρφωσης σε κάποια φέρουσα συχνότητα. To bitrate εξαρτάται από την διάρκεια του κάθε bit. Για να φορτωθεί η σειρά των bit σε φέρουσα θα πρέπει η περίοδος της φέρουσας να είναι μικρότερη από την διάρκεια του κάθε bit. Άρα όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα της φέρουσας τόσο μεγαλύτερο Bitrate μπορούμε να πετύχουμε 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

4 Απόσταση μετάδοσης και θόρυβος
Θόρυβος χαρακτηρίζεται οποιοδήποτε σήμα σε ένα τηλεπικοινωνιακό κανάλι εκτός από το σήμα που μεταφέρει την πληροφορία. Καθώς μεταφέρεται ένα σήμα σε ένα μέσο εξασθενεί Η μετάδοση της πληροφορίας εξαρτάται από το μέγεθος του θορύβου σε ένα μέσο μετάδοσης Άρα η μέγιστη απόσταση που μπορεί να μεταφερθεί η πληροφορία σε ένα μέσο εξαρτάται από την απόσβεση που προκαλεί το μέσο στο σήμα και τον θόρυβο που παρουσιάζει 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

5 Πηγές θορύβου Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές Παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων
(από κινητήρες, ψυγεία,άλλες γραμμές κλπ) Παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων Ραδιοφωνία, τηλεόραση κλπ Ενδογενής θόρυβος Πχ θερμικός θόρυβος, ατελή συμπεριφορά του μέσου και των εξαρτημάτων του 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

6 Ειδικές περιπτώσεις θορύβου
Διαφωνία Είναι η ανεπιθύμητη μεταβίβαση ενέργειας από ένα κανάλι σε άλλο Καταληπτή Μη καταληπτή Ηχώ Είναι η επιστροφή τμήματος του σήματος στη πηγή δημιουργίας του. Δημιουργείται λόγω κακής προσαρμογής σύνδεσης μεταξύ των γραμμών 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

7 Χαρακτηριστικά των μέσων μετάδοσης
Εύρος ζώνης συχνοτήτων Μέγιστο μήκος μετάδοσης Ευαισθησία στο θόρυβο Ευκολία χρήσης Ασφάλεια κόστος 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

8 Μέσα μετάδοσης Ενσύρματα Ασύρματα Χάλκινα καλώδια Ομοαξονικά καλώδια
Οπτικές ίνες Ασύρματα Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

9 Χάλκινο καλώδιο Εύρος ζώνης: μερικές εκατοντάδες KHz
Μικρή/Μέτρια απόσταση μετάδοσης Ευαίσθητο στο θόρυβο Εύκολο στη χρήση φθηνό Με αυτό κατασκευάστηκαν και εγκαταστάθηκαν τα τηλεφωνικά δίκτυα για το τηλεφωνικό δίκτυο. 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

10 Ομοαξονικό καλώδιο Μεγαλύτερο εύρος από το χάλκινο (άρα μεγαλύτερα bitrate) Μεγαλύτερες αποστάσεις μετάδοσης Μικρότερη ευαισθησία στις παρεμβολές (αρά μικρότερη ευαισθησία στο θόρυβο) Πιο δύσχρηστο Πιο ακριβό 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

11 Οπτική Ίνα Αρχή λειτουργίας:
Διαμορφώνεται (φορτώνεται) το σήμα της πληροφορίας στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του φωτός (συχνότητες οπτικού φάσματος 400~700GHz). 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

12 Οπτική Ίνα Πολύ μεγάλο εύρος ζώνης
(συνήθη bitrate 2~10Gbps μπορούν να φθάσουν μέχρι Τbps) Πάρα πολύ μεγάλες αποστάσεις μετάδοσης Δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (άρα ελάχιστος θόρυβος) Μεγάλη ασφάλεια Δύσκολο στη χρήση Ακριβό 15/10/2008 Γιάννης Ιωαννίδης

13 Χρησιμοποιείται Σε γραμμές Backbone (ραχοκοκαλιάς) των εθνικών και διεθνών επικοινωνιακών γραμμών μέσα από τα οποία εξυπηρετούνται χιλιάδες κανάλια επικοινωνίας. Πχ. Η υποθαλάσσια γραμμή SEA-ME-WE 3 (South East Asia- Middle East- West Europe)

14 Που αλλού χρησιμοποιούνται
Επίσης χρησιμοποιούνται και σε: δίκτυα ευρείας περιοχής Τοπικά δίκτυα Δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης όταν θέλουμε να έχουμε πολύ υψηλές ταχύτητες ή υπάρχει πολύ υψηλός βιομηχανικός ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος

15 Ασύρματα μέσα μετάδοσης
Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα HZ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛ. ΡΕΥΜΑΤΟΣ, ΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ 20kHz-100 kHz ΥΠΕΡΗΧΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ 100 kHz-30 MHz ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑ, ΡΑΔΙΟΕΠΟΙΚΟΙΝΩΝΙΑ 30 MHz-300 MHz ΣΤΑΘΜΟΙ FM, ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ, ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ VHF 0,3 GHz- 3 GHz ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ UHF, ΦΟΥΡΝΟΙ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ ΚΙΝΗΤΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ 3 GHz – 300 GHz ΡΑΝΤΑΡ, ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ >300 GHz ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΟΡΑΤΟ ΦΑΣΜΑ ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

16                                        Ραδιοκύματα: είναι το είδος της ενέργειας που εκπέμπουν οι ραδιοσταθμοί. Ραδιοκύματα εκπέμπονται επίσης και από άλλα σώματα, όπως αστέρες και αέρια στο διάστημα (όπου και χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της σύστασης των αντικειμένων αυτών). Παράγονται από φορτισμένα σωματίδια που κινούνται μπρος-πίσω. Η ατμόσφαιρα είναι δίαφανη στα σε ραδιοκυματα με μήκη από λίγα mm σε περίπου 20 m. Μικροκύματα: μπορούν να μαγειρέψουν σε μόνο λίγα λεπτά. Χρησιμοποιούνατι από τους αστρονόμους για τον προσδιορισμό της δομής των γειτονικών γαλαξιών καθώς και του δικού μας. Υπέρυθρο (IR): Συχνά το ταυτίζουμε με τη θερμότητα γιατί ζεσταίνει το δέρμα μας. Ορατό: είναι το τμήμα του φάσματος που βλέπει το μάτι μας. Εκπέμπεται από κάθε τί: από πυγολαμπίδες, λαμπτήρες, αστέρες, καθώς και από ταχέως κινούμενα σωματίδια που συγκρούονται με άλλα σωματίδια. Υπεριώδες (UV): Καίει το δέρμα! Οι αστέρες και άλλα "θερμά" αντικείμενα του διαστήματος εκπέμπουν UV. Ακτίνες-X: Χρησιμοποιούνται στην ιατρική για απεικόνιση οστών και ...δοντιών. Θερμά αέρια στο σύμπαν επίσης εκπέμπουν ακτίνες-Χ. Ακτίνες-γ: Εκπέμπονται από ραδιενεργά υλικά, φυσικά ή τεχνητά. Μεγάλοι επιταχυντές που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για την κατανόηση της δομής της ύλης επίσης μπορούν να δώσουν ακτινοβολία γ. Αλλά η μεγαλύτερη πηγή ακτίνων γ είναι το σύμπαν! Παράγει ακτινοβολία-γ με όλους τους δυνατούς τρόπους.

17 Ασύρματα μέσα μετάδοσης
Πλεονεκτήματα Ως μέσο μετάδοσης ο ελεύθερος χώρος (δεν κατασκευάζουμε γραμμή μετάδοσης) Μειονεκτήματα Μεγάλη ισχύ στον πομπό Ευαισθησία στο θόρυβο Χαμηλό επίπεδο ασφάλειας (ο οποιοσδήποτε με ένα δέκτη μπορεί να υποκλέψει το σήμα)

18 Ασύρματη μετάδοση δεδομένων
Για την μετάδοση δεδομένων χρησιμοποιούνται κυρίως: Οι μικροκυματικές ζεύξεις Επίγειες Δορυφορικές Και τα συστήματα κυψελοειδούς τηλεφωνίας (κινητή τηλεφωνία)

19 Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις
Χρησιμοποιούνται οι συχνότητες από 2 έως 20 GHz (σπανίως έως 40GHz) Ο πομπός και ο δέκτης χρησιμοποιούν παραβολικά πιάτα Απαιτούν οπτική επαφή (λόγω καμπυλότητας της γης απαιτούν αναμεταδότες κάθε 40-50Κm)

20 Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις
Απαιτούν επίγειους σταθμούς εκπομπής (uplink ζεύξη) και λήψης (downlink ζεύξη) και δορυφόρο Γεωστατικοί δορυφόροι 35.880Km ύψος, ίδια γωνιακή ταχύτητα με την γη, Βλέπουν το 1/3 της επιφάνειας της γης Ζωνες μετάδοσης που χρησιμοποιούνται 4-6 GHz, GHz, GHz

21 Κυψελοειδής τηλεφωνία
Περιγραφή: Κάθε περιοχή χωρίζεται σε εξάγωνα (Κυψέλες) ακτίνας από 1,5 έως 13Km Κάθε κυψέλη έχει μια σταθερή κεραία χαμηλής ισχύος που φαίνεται από ολόκληρη την κυψέλη Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται είναι 900 – 1800 MHz Η κάθε κυψέλη εκπέμπει σε διαφορετικές συχνότητες από αυτές που χρησιμοποιούν οι γειτονικές της Σε κάθε κυψέλη λειτουργούν πολλά κανάλια επικοινωνίας (κάθε κανάλι εξυπηρετεί ένα κινητό) Το όλο σύστημα ελέγχεται από ένα υπολογιστή που παρακολουθεί το κάθε κινητό και όταν περάσει από μια κυψέλη σε άλλη, κατά τη διάρκεια μια συνομιλίας, το μετάγει αυτόματα σε κανάλι της κυψέλης που βρίσκεται Εκτός από τηλεφωνία χρησιμοποιείται και για μετάδοση δεδομένων (ακόμη και ιντερνετ) σε χαμηλές όμως ταχύτητες μεταφορά πληροφορίας (της τάξης των Kpbs)

22 Σύνθετη αντίσταση και μέγιστη χωρητικότητα ενός αγωγού
Στις δισύρματες γραμμές μεταφοράς παρουσιάζεται μια σύνθετη αντίσταση που ισούται με το άθροισμα της Ωμικής, της επαγωγικής και χωρητικής αντίστασης του αγωγού. Ωμική: οφείλεται στα εμπόδια που συναντούν τα ηλεκτρόνια στην δομή του αγωγού (δεν εξαρτάται από την συχνότητα του σήματος) Επαγωγική: δημιουργείται από τις αλλαγές του μαγνητικού πεδίου που ενεργεί στον αγωγό και εξαρτάται της συχνότητας του σήματος αλλά και της συχνότητες των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών του περιβάλλοντος (παρεμβολές-θόρυβος). Είναι ανάλογη του μήκους του καλωδίου αλλά και της συχνότητας. Χωρητική: Δημιουργείται επειδή οι αγωγοί μεταξύ τους σχηματίζουν πυκνωτές. Εμφανίζεται παράλληλα με τον αγωγό και δημιουργεί αποσβαση του σήματος όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητά του. Γιατί είναι δύσκολη η επίτευξη μεγάλου ρυθμού μετάδοσης σε μια δισύρματη γραμμή μεταφοράς;

23 Προσαρμογή σύνθετης αντίστασης
Έχουμε μέγιστη μεταφορά σήματος όταν η σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς είναι ίση με την σύνθετη αντίσταση του δέκτη και την εσωτερική αντίσταση της πηγής. Τότε λέμε ότι έχουμε προσαρμογή της γραμμής. Πρόβλημα: Η σύνθετη αντίσταση αλλάζει ανάλογα με την συχνότητα άρα η μέγιστη μεταφορά ισχύει σε ορισμένα εύρη συχνοτήτων

24 Παραμόρφωση Πλάτους Είπαμε ότι ο παλμός έχει άπειρο φάσμα συχνοτήτων (δηλαδή αναλύεται σε αρμονικές όλων των συχνοτήτων) Μια γραμμή μεταφοράς λόγω της σύνθετης αντίστασής της «κόβει» πιο πολύ τις υψηλές συχνότητες (αρμονικές) Άρα ο παλμός θα παραμορφωθεί

25 Παραμόρφωση Φάσης Η μεταφορά ενός σήματος από το ένα άκρο στο άλλο ενός σύρματος δεν γίνεται ακαριαία. Ο χρόνος που χρειάζεται μια συχνότητα να μεταφερθεί από μια άκρη της γραμμής στην άλλη εξαρτάται από την τιμή της. Άρα οι αρμονικές που συνιστούν ένα σήμα μετά από κάποια απόσταση είναι διαφορετικά μετατοπισμένες και φυσικά το σήμα παρουσιάζεται παραμορφωμένο

26 Ένα σύνθετο αναλογικό σήμα στην αρχή της γραμμής μεταφοράς
Ένα σύνθετο αναλογικό σήμα στο τέλος της γραμμής μεταφοράς Η ανάλυση του πιο πάνω σήματος σε αρμονικές διακρίνεται η καθυστέρηση φάσης στο χαμηλόσυχνο σήμα Η ανάλυση του πιο πάνω σήματος σε αρμονικές

27 Ο Θόρυβος (Γενικώς)1 Ορίζεται ως το σύνολο των σημάτων σε ένα κανάλι επικοινωνίας εκτός του σήματος που μεταφέρει την πληροφορία Δημιουργείται: Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που δημιουργούνται από γραμμές τροφοδοσίας (ψυγεία, φωτισμοί κλπ) Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές από ραδιοτηλεοπτικά σήματα. Ενδογενή θόρυβος από ατελή συμπεριφορά των διατάξεων μετάδοσης

28 Ο Θόρυβος (αυτοπροκαλούμενος)2
Διαφωνία: Μεταφορά ενέργεια από ένα κανάλι σε άλλο (αποτέλεσμα κακής μόνωσης των γραμμών) Ηχώ: Επιστροφή μέρους του σήματος στην πηγή δημιουργίας του και επανεκπομπή του (αποτέλεσμα κακής προσαρμογής γραμμής)

29 Επιλογή μέσου μετάδοσης 1
Χάλκινα καλώδια: Ομοαξονικό καλώδιο

30 Επιλογή μέσου μετάδοσης 2
Οπτική Ίνα

31 Επιλογή μέσου μετάδοσης 3
Επίγειες μικροκυματικές ζεύξεις

32 Επιλογή μέσου μετάδοσης 4
Δορυφορικές μικροκυματικές ζεύξεις

33

34