Kiinteät televerkot Sisältö: 1. Yleistä televerkosta 2. PDH- ja SDH-tekniikat 3. ISDN 4. xdsl 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 1 Sisältö: 1. Yleistä televerkoista standardointi tietoliikenneverkot (kytkentä, merkinanto, siirto) puhelinverkon verkkohierarkia puhelinverkon numerointi teletoiminnan hinnoitteluperiaatteet päätelaitteet 2. PDH-ja SDH-tekniikat PDH-tekniikka (PCM-perusprosessit, PDH-järjestelmät) SDH-tekniikka PDH:n ja SDH:n peruserot 3. ISDN 4. xdsl 1
Lähde: Anttalainen Tarmo, Introduction to Telecommunications Network Engineering, second edition, Artech House 2003 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 2 2
1. Yleistä televerkoista Standardointi: Eurooppalainen Globaali Kansallinen (Viestintävirasto) vv Tietoliikenne Sähkömekaaninen Yleinen 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 3 Standardointi tähtää siihen, että viestintäverkot, päätelaitteet ja viestintäpalvelut ovat keskenään yhteentoimivia ja yhteensopivia Suomessa, Euroopassa ja muualla maailmassa. Suomessa telestandardointia koordinoi Viestintävirasto. Se järjestää alan lausunto- ja äänestyskierrokset standardien ja suositusten hyväksymiseksi sekä tiedottaa standardeista ja suosituksista. Viestintävirasto asettaa kansallista standardointityötä varten työryhmiä Niiden päätehtävänä on vaikuttaminen kansainväliseen standardointiin ja standardien sisältöön, mutta tarvittaessa ne laativat kansallisia standardeja tai suosituksia ja osallistuvat oman alueensa määräysvalmisteluun. Kansainvälisiä yhteistyöjärjestöjä telealan standardoinnissa ovat kansainvälinen televiestintäliitto ITU Genevessä ja Euroopan telestandardointi-instituutti ETSI Nizzassa. Standardointityön täydentäjäksi on syntynyt lukuisia foorumeita, joista tärkein televiestintäalan foorumi tällä hetkellä on Internet-standardeja kehittävä IETF. Muita tällä hetkellä ajankohtaisia foorumeja ovat 3GPP (organisaation partnerit ovat sopineet yhteistyöstä GSM-verkosta polveutuvan kolmannen sukupolven matkapuhelinverkon teknisten spesifikaatioiden määrittelystä) ja 3GIP (tehtävänä on määritellä 3G:n pakettikytkentäisen verkkoarkkitehtuurin ja IP-puheluiden teknologiaa). Viestintävirasto on Suomen Standardisoimisliitto SFS ry:n toimialayhteisö. Yhteistyö on tiivistä myös sähköalan standardoinnista huolehtivan SESKO ry:n kanssa. Muita yhteistyökumppaneita ovat muun muassa TIEKE tietotekniikan standardoinnissa ja Tekniikan Sanastokeskus TSK alan sanastojen laadinnassa. Lisätietoja: http://www.ficora.fi/suomi/tele/n2405.htm 3
30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 4 Standardointi: Mahdollistaa kilpailun (myös pienten maiden valmistajille) Johtaa riittävään volyymiin valmistajien kannalta Poliittiset intressit johtavat usein erilaisiin standardeihin (Eurooppa vs. USA vs. Japani) Varmistaa laitteiden yhteensopivuuden Käyttäjät ja operaattorit eivät ole riippuvaisia vain yhdestä laitetoimittajasta Standardien mukaisten ratkaisujen patenttien omistajat vahvassa asemassa 4
Erilaisia tietoliikenneverkkoja: verkot voidaan jakaa eimerkiksi saatavan palvelun mukaan kahteen kategoriaan eli yleisiin verkkoihin ja yksityisiin tai erillisverkkoihin yleisiä televerkkoja (kenellä tahansa on mahdollisuus liittyä niihin): puhelinverkko, matkaviestinverkot telex kaukohakuverkot yleiset dataverkot, GPRS, WLAN Internet, ISDN, xdsl radio- ja TV-verkot erillisverkkoja viranomaisverkot (esim. Virve), kaasu- ja öljy-yhtiöt, sähköyhtiöt,... puhtaasti datakäyttöön tarkoitettuja (esim. pankit, hotelliketjut, matkayhtiöt,...) VPN (virtual private network) 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 5 5
Yleiset televerkot: Lähde: Anttalainen Tarmo, Introduction to Telecommunications Network Engineering, second edition, Artech House 2003 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 6 Tietoliikenneverkon perustehtävä on informaation siirtäminen verkon käyttäjältä toiselle verkon tai eri verkon käyttäjälle. käyttäjiä kutsutaan tilaajiksi informaatio voi olla esimerkiksi ääntä, dataa, kuvaa, videota jne. verkoissa on erilaisia liityntäteknologioita (esim. kiinteän verkon puhelimet, matkapuhelimet, jne.) Verkoissa tarvitaan kolme perustoimintoa, jotta tietoliikenne verkon lävitse voi toimia kytkentä (switching) merkinanto (signalling) siirto (transmission; siirtomediana kaapeli, kuitu tai radiotie) kuparikaapelit, joita käytetään esim. LAN-verkoissa ja puhelinverkon tilaajajohdoissa valokuidut, esim. suurikapasiteettisisilla runkoyhteyksillä radioaallot, esim. matkapuhelimet ja satelliittitietoliikenne vapaan tilan optiset järjestelmät, esim. IR-laitteet (infra red) 6
Kytkentä: tapahtuu keskuksissa, jotka ovat verkon älykäs osa suorittavat yhteyksien reititystä ovat vastuussa yhteyksien palvelutasosta ovat nykyään prosessorikapasiteetin ja ohjelmiston jättiläisiä ~ tietokoneita useilla liitynnöillä ympäröivään verkkoon kytkentä tapahtuu nykyään aikajakoisesti 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 7 Puhelinkeskuksen keskeisimmät toiminnot ovat puheluiden kytkentä tilaajien ja toisten puhelinkeskusten välillä, tilaajien liittäminen puhelinverkkoon ja keskuksen yhdistäminen toisiin keskuksiin. Lisäksi keskuksen on huolehdittava muun muassa toimintojen hallinnasta sekä tarjottava operaattoreille liitäntä keskuksen ylläpitoon (esim. huolto ja verkonvalvonta). Puhelunohjauksen tehtävänä on ohjata kaikkia puhelun käsittelyyn liittyviä toimenpiteitä. Analyysit ovat puhelinohjauksen keino ohjata puhelun käsittelyä erilaisissa valintatilanteissa. Valittu puhelinnumero (puhelinnumero on itse asiassa tietyn puhelinpistokkeen osoite) analysoidaan puhelunohjausanalyyseissä. Puhelunohjausanalyyseissä selvitetään ensin puhelun tyyppi puhelunohjauksen esianalyysissä (normaali-, palvelu- tai hätäpuhelu), jonka jälkeen analysoidaan valitut numerot valinta-analyysissä. Analyysit tutkivat annettuja lähtötietoja ja päätyvät yksikäsitteiseen tulokseen, esimerkiksi lähtöjohdon valinta B-tilaajan puhelinnumeron mukaan. Osoitetielle määritetään myös muutamia vaihtoehtoisia reittejä, jos esimerkiksi ensisijainen reitti on poikki tai ruuhkautunut. Puhelu löytää siis perille, vaikka lyhimmän yhteyden muodostava linja olisi poikki. Tämän jälkeen B-tilaajan numero välitetään seuraavaan puhelinkeskukseen, jossa puhelulle valitaan uusi lähtöjohto kohti varsinaista määränpäätään. 7
Merkinanto: 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 8 Merkinanto on puhelimen käyttäjille täysin näkymättömissä oleva asia. Monelle käyttäjälle olisi varmaan suuri yllätys, jos hän saisi tietää, miten suuren bittien vilinän hän saa aikaan merkinantoverkossa pelkällä peruspuhelulla, puhumattakaan siitä jos käytetään hyväksi jotain televerkon palvelua. Merkinantoa eli signalointia käytetään televerkoissa yhteyksien muodostamiseen, valvontaan ja purkamiseen. Merkinantojärjestelmät voidaan jakaa niiden teknisen toteutuksen perusteella kanavakohtaiseen merkinantoon (CAS, Channel Assosiated Signalling) sekä yhteiskanavamerkinantoon (YKM), jonka englanninkielinen vastine on CCS (Common Channel Signalling). SS7 on yksi yleisesti käytetty yhteiskanavamerkinantostandardi. Kanavakohtainen merkinanto edustaa merkinannoista vanhempaa tekniikkaa. Siinä kullekin siirrettävälle kanavalle oli varattu oma kiinteä kapasiteetti merkinantoa varten. Yhteiskanavamerkinannossa kullekin puhekanavalle ei ole varattu mitään kiinteätä siirtokapasiteettia, vaan kaikki merkinantoliikenne tapahtuu sanomapohjaisesti. Tämä tehostaa huomattavasti merkinantokanavan siirtokapasiteetin käyttöä ja lyhentää näin kytkeytymisaikoja. Yo. kuvassa on esimerkki tilaajamerkinannosta. A-tilaajaksi sanotaan tilaajaa, joka haluaa muodostaa yhteyden (kertoo verkolle, keneen yhteys otetaan). B-tilaajaksi kutsutaan tilaajaa, johon yhteys muodostetaan. Merkinannossa käytetään erityisiä signaaleja tai viestejä, joiden avulla halutut toiminnot saadaan aikaiseksi. Tilaajajohdolla voidaan esimerkiksi lähettää vapaaääntä tai siirtää B-tilaajan numero jne. Myös keskusten välillä tarvitaan merkinantoa, koska yleensä yhteydet kytketään useiden keskusten kautta. 8
Siirto: Transmission network 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 9 Siirtojärjestelmälaitteilla verkolle rakennetaan maantieteellinen peitto Siirtävät suuria määriä tietoa pitkiä maantieteellisiä etäisyyksiä Perustuvat usein kuitutekniikkaan Esim. PDH-järjestelmät ja SDH järjestelmät SDH-järjestelmä vaatii yli miljoonan rivin ohjelmiston on ohjelmistotuote! Keskukset ja siirtojärjestelmät täytyy sovittaa yhteen: pitää olla yhteinen käsitys siitä, miten siirtoyhteydeltä löytyy bitti ja kehys usein tarvitaan yhteinen käsitys ajan kulusta 9
Puhelinverkon verkkohierarkia (kansallisella tasolla) Kansainvälisen liikenteen keskus Kaukokeskukset Usein integroitu samaan laitekokonaisuuteen Paikalliskeskukset Keskittimet Puhelinvaihteet ja tilaajaliittymät 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 10 Verkkohierarkia Kansainvälinen verkko (PSTN, Public Switched Telecommunication Network) Mannertenvälinen PSTN (Lontoo, New York, Moskova, Tokio, New Delphi, Sydney, Hongkong) Mantereen sisäinen PSTN Mantereen osan sisäinen PSTN Kansainvälisen liikenteen keskus kansallisessa PSTN:ssa Kansallinen PSTN Kaukoverkko (Trunk network) Kaukokeskus (Trunk exchange) Paikallisverkko (Local network) Paikalliskeskus (Local exchange) Keskitin (Remote subcriber unit RSU) Puhelinvaihde, (Private Automatic Branching Exchange PABX) Tilaajalaitteet (Subscriber device); puhelin, fax,... Paikallisverkko on puumainen, hierarkiassa ylemmät verkot silmukoituja 10
Tilaajaverkko: päätehtävänä liittää tilaajalaitteet lähimpään verkon keskukseen 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 11 Paikalliskeskuksen tehtävät havaita tilaajan halu aloittaa puhelu (luurin nosto), analysoida valittu numero ja päättää voidaanko haluttu reitti kytkeä yhdistää tilaaja ylemmän tason keskukseen kaukopuheluissa yhdistää tilaaja toiselle saman keskuksen alueella selvittää, onko B-tilaaja vapaa ja muodostaa soittosignaali sille tuottaa mittausdataa sekä kerätä laskutustiedot omille tilaajilleen muuntaa 2-lankaiset tilaajayhteydet verkon 4-johdinyhteyksiksi muuntaa analoginen signaali digitaaliseksi (PCM) Paikalliskeskuksen tilaajamäärät vaihtelevat sadoista kymmeniin tuhansiin ja jopa vielä isompiin. 11
Kaukoverkko: paikalliskeskusten yläpuolella (voi sisältää useita tasoja) tavallisesti useita vaihtoehtoisia reittejä (silmukkarakenne) 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 12 12
Kansainvälinen verkko: jokaisella maalla on ainakin yksi kv. liikenteen keskus 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 13 13
Puhelinverkon numerointi Lähde: Anttalainen Tarmo, Introduction to Telecommunications Network Engineering, second edition, Artech House 2003 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 14 Tilaaja tilaa palvelun nostamalla luurin ja kuullessaan vapaa valintaan äänen, ilmoittaa haluamansa yhteyden valitsemalla numeron: Etunumero, prefix; standardoitu EU:ssa 0 eli nolla, numero joka kytkee puhelun suoraan seuraavaksi korkeammalle verkon hierarkiassa. PABX -> PSTN/ISDN-päätekeskus Paikallisverkko -> kaukoverkon lähin keskus Kaukoverkko - > ulkomaanliikenteen keskus Etunumeroita voi valita useamman peräkkäin Maatunnus Aluetunnus Paikallispuheluissa voi jättää valitsematta aluetunnuksen, mutta päätekeskus lisää automaattisesti sen ja maatunnuksen valitun tilaajanumeron eteen, ja kytkee sitten sen mukaisesti puhelun. Tilaajanumero Perinteisessä puhelinverkossa numero identifioi itse asiassa puhelinpistokkeen Matkapuhelinverkossa tilaajanumero tarkoittaa tiettyä SIM-korttia 14
Lähde: Anttalainen Tarmo, Introduction to Telecommunications Network Engineering, second edition, Artech House 2003 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 15 Puhelun reitityksen perusperiaate: puhelu reititetään hierarkiassa ylöspäin, jos B-tilaajan numero ei kuulu paikalliskeskuksen numeroavaruuteen (=omiin numeroihin) Keskuksen pitää pystyä analysoimaan osoitetieto ja sen jälkeen reitittämään puhelu. Osa järjestelmän vaatimasta älykkyydestä voidaan sijoittaa keskitettyyn ohjausjärjestelmään, jolta keskus voi pyytää reititystä. Tätä osaa kutsutaan älyverkoksi (intelligent network, IN). Älyverkon pääajatuksena on erottaa puhelinverkossa puhelun kytkentä ja ohjaus. Näin puhelun kytkentä saadaan irti yhden keskuksen rajoituksista. Samalla mahdollistetaan uudet joustavat puhelinpalvelut. Näitä palveluita ovat henkilökohtaiset puhelinnumerot, verkossa toimivat vastauspalvelut, maksulliset ja maksuttomat puhelinnumerot, puhelun ohjaaminen eri kriteerien mukaan (kellonaika, soittajan numero, kutsutun liittymän varaustilanne, ennaltamääritelty puhelinnumerolista), yrityksen vaihteen toiminnot yleiseen puhelinverkkoon sijoitettuna (virtuaaliverkkopalvelut) jne. 15
Teletoiminnan hinnoitteluperiaatteet: liittymät hankittaessa maksetaan normaalisti kiinteä liittymähinta kuukausittain yleensä kiinteä kuukausimaksu liikenne useita mahdollisuuksia laskuttaa liittymän käytöstä aikaveloitus (voi olla myös vrk-aikaan perustuva) yhteyskohtainen veloitus liikennemäärän mukainen veloitus (pakettikytkentäinen dataliikenne) kiinteä kk-veloitus palvelut varsin vapaasti hinnoiteltuja (riippuvat paljon kilpailutilanteesta) 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 16 TEHT: Etsi esimerkkejä erilaisista hinnoitteluista. 16
Kiinteän puhelinverkon päätelaitteet: puhelin puhelinkoneiden määrä Suomessa vähentynyt paljon matkapuhelinten yleistyttyä telefax modeemi merkitys vähentynyt, mutta tarvitaan edelleen, jos xdsl- tai ISDNliittymiä ei ole saatavilla 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 17 TEHT: Selvitä itsenäisesti eri päätelaitteiden perustoimintaperiaatteet. 17
Tulo esim. puhesign. PDH-tekniikka: 2. PDH- ja SDH-tekniikat Lähtökohtana perusnopeuksinen PCM-järjestelmä: Näytteistys Kvantisointi Laskostumisenestosuodin Binäärikoodaus TDMkanavointi Johtokoodaus 2 Mbit/s PCM-signaali Lähetin Vaimentunut ja vääristynyt PCM-signali Regenerointi Siirtotie Regenerointi Regenerointi Korjattu PCM-signaali 2 Mbit/s PCM-signaali Regenerointi Johtokoodin purku Binääridekoodaus Kanavoinnin purku Näytteiden uudelleenmuodostus Rekonstruktiosuodin Alkuper. signaali Vastaanotin 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 18 PCM-perusprosessit: Tarkoituksena on muuttaa analoginen signaali lähetyspäässä digitaaliseksi PCMsignaaliksi siirtoa varten. Käytännön järjestelmissä 30 PCM-koodattua signaalia kanavoidaan yhteen 2 Mbit/s signaaliksi, mikä voidaan siirtää siirtokanavassa vastaanottajalle. Ensimmäiseksi tarvitaan laskostumisenestosuodin rajoittamaan suurinta siirrettävää signaalitaajuutta. Televerkkojen PCM-järjestelmissä siirtokaista on 300 3400 Hz. Tulosignaalista otetaan 8 khz taajuudella näytteitä (laskostumista ei pääse tapahtumaan). Tällöin näytteiden väli on 125 ms. Näytteenoton avulla saadaan PAMpulssijono. Otetut näytteet kvantisoidaan epälineaarisesti käyttämällä 256 eri tasoa. Jokainen näyte koodataan 8 bitillä. Näytteiden välillä kanavointilaitteessa voidaan siirtää muiden kanavien näytteitä (aikajakoinen kanavointi) Saatu binäärisanajono johtokoodataan, jotta signaali saadaan sovitetuksi siirtotielle mahdollisimman hyvin. Siirtotiellä digitaalinen johtokoodattu PCM-signaali regeneroidaan sopivin välein, jotta signaali saadaan pidetyksi mahdollisimman paljon alkuperäisen kaltaisena. 18
vastaanottimessa signaali regeneroidaan ensin, jotta muunnokset voidaan tehdä hyvälaatuiselle signaalille seuraavaksi puretaan johtokoodaus ja binäärikoodaus sekä tehdään näytteiden jako oikeille kanaville saaduista PAM-näytteistä konstruoidaan alkuperäinen signaali alipäästösuodatuksen avulla 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 19 19
PDH-järjestelmät: 2 Mbit/s PCM-järjestelmiä kanavoidaan suurikapasiteettisemmiksi digitaalisiksi järjestelmiksi 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 20 Keskusten välissä saattaa olla tarvetta suuremman kanavamäärän välitykseen kuin mihin perusnopeuksinen PCM antaa mahdollisuuden. Siksi on otettu käyttöön korkeamman kanavoinnin PCM-systeemejä. Nopeammalla aikakanavoinnilla voidaan välittää enemmän kanavia. Ylempien tasojen PCM-hierarkiaa nimitetään PDH:ksi, Plesiochronous Digital Hiararchy. PDH tuli laajaan kansainväliseen käyttöön 1970-luvulla. Eurooppalaiset tasot ovat lyhenteiltään E-0, E-1, E-2, E-3 ja E-4. Amerikkalaisten ja Japanilaisten tasojen lyhenteet ovat T- 0, T-1 ja T-3, T-4. Eurooppalaisen järjestelmän suurin siirtonopeus 565 Mbit/s. Plesiokroninen tarkoittaa "melkein synkronista". Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että verkossa olevat PDH-laitteet voidaan synkronoida eli tahdistaa kukin erikseen omaan kelloonsa. Vaikka kellot ovat hyvin tarkkoja, on niissä kuitenkin pieniä eroja. Tätä eroa sanotaan plesiokroniseksi. Tämän eron takia bittivirtoja joudutaan manipuloimaan, jotta kaikilla yhdistettävillä bittivirroilla olisi sama nopeus. Tästä johtuen ylemmän tason PDH-signaalin nopeus ei ole tarkalleen 4 kertaa alempi, vaan hieman suurempi (signaaliin joudutaan lisäämään synkronointitietoa sekä nopeuserojen tasausbittejä). PDH-tekniikan ongelmia ovat: jos halutaan liittyä siirtotielle matkan varrella, joudutaan purkamaan koko hierarkia liitettävälle tasolle saakka lähes kaikki kapasiteetti käytetään puhekanavien siirtoon, jolloin verkon hallintaa varten täytyy rakentaa erillinen järjestelmä TEHT: Selvitä, mikä on 2 Mbit/s PCM-signaalin kehysrakenteen perusidea. 20
SDH-tekniikka: Käytössä nykyisin kaikilla televerkon runkoyhteyksillä Pohjana SDH:lle on perus-pcm-tekniikka SDH:lle on määritelty nopeuksia jopa lähes 10 Gbit/s asti Perustuu SONET-standardiin (Synchronous Optical Network) SDH-verkko ei tarjoa mitään palveluita, vaan muodostaa perustan palveluiden toteuttamiselle. Se soveltuu nopeiden siirtoverkkojen toteuttamiseen ja on ylempien tasojen kannalta läpinäkyvä (transparent) ITU standardoi SDH:n (G.707) suositusten tarkoitus optiset tiedonsiirtoyhteydet piti saada yhteensopiviksi verkon valvonta, huolto ja hallinta piti pystyä hoitamaan SDH:n avulla tarvittavien erilaisten laitteiden lukumäärän minimointi soveltuminen erilaisiin tarkoituksiin (pienet alueverkot, suurikapasiteettinen runkoverkko, ATM, IP, PCM, digitaaliset videolähetykset ) 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 21 SDH eli synkroninen digitaalinen hierarkia on siirtoverkoissa PDH:n seuraaja ja siinä käytetään PDH:n tapaan aikajakoista kanavointia. Alimman hierarkiatason signaalin, STM- 1:n (synchronous transfer module), nopeus on 155.52Mbit/s ja korkeamman tason signaalit ovat tämän monikertoja. Kansainvälisissä spesifikaatioissa on sovittu monikerroiksi 4, 16, 32 ja 64. SDH-verkossa olevat laitteet ovat kaikki synkronoitu eli tahdistettu samaan kelloon, jonka on oltava äärimmäisen tarkka. Tällaisia tarkkuuksia saavutetaan ainoastaan kalibroimalla verkon referenssikello, (PRC, Primary Reference Clock) mahdollisimman tarkasti cesium atomistandardista johdetuilla kelloilla. Tällaisesta tarkkuudesta hyödytään siten, että SDH-signaalista voidaan suoraan erottaa yksittäisiä alemman tason signaaleja ilman että koko paketti pitää purkaa tälle tasolle kuten PDH-tekniikassa. SDH tarjoaa seuraavanlaisia etuja: 1. Suuret siirtonopeudet (10 Gbit/s). SDH on siksi sopiva käytettäväksi runkoverkoissa. 2. Yksinkertaistetut add&drop- funktiot (pudotusfuntiot) 3. Verkonhallinta standardoitu (kehysrakenteen käyttö) 4. Laitteistoja valmistavat useat yritykset, ja myös verkkotoimittajia on runsaasti 5. Luotettavuus 6. Uudet SDH- verkot sisältävät monia automaattisia tukitoiminto- ja korjausmekanismeja järjestelmävikojen varalle. 7. Sopiva alusta uusille palveluille 8. Yhteensopivuus SDH helpottaa erilaisten verkkojen yhteensovittamisen. SDH käyttöliittymät ovat kansainvälisesti standardoituja, joten eri valmistajien elementit on mahdollista yhdistää verkoksi. Tämä tulee huomattavasti halvemmaksi verrattuna PDH-järjestelmään. 21
SDH:n kanavointirakenne: SDH perustuu synkronisiin siirtokehyksiin STM-N Määritellyt nopeudet: 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 22 125 µs Siirtootsikko STM-1 hyötykuorma 9 riviä 9 tavua 261 tavua STM-1 -siirtokehys Siirtokehykseen voidaan suoraan kanavoida sekä eurooppalaisen että amerikkalaisen standardin mukaiset PDH-nopeudet (ns. mapitus). Kehyksistä voidaan suoraan purkaa jopa yksittäinen kanava, koska jokaisen kanavan paikka on tarkasti tiedossa. SDH-tekniikka on yhteensopiva laajakaistaverkoissa käytetyn asynkronisen toimintamuodon (ATM) ja Internet-protokollan (IP) kanssa. ATM ja IP ovat pakettikytkentäisiä. Ylemmän tason nopeus on aina suoraan alemman tason monikerta, koska alisignaalien nopeuserojen kompensoimiseen tarvittavat tasausbitit on jo valmiiksi sisällytetty SDHsiirtokehyksiin. 22
Esimerkki siirtoverkosta 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 23 PDH siirtoyhteyksien lisääminen tai poistaminen matkan varrella on vaikeaa ja vaatii paljon laitteita siirtolaitteiden hallinta ja valvonta vaatii erillisen järjestelmän, manuaaliset ristikytkennät suurin nopeus 565 Mbit/s jäykkä kanavakapasiteetti SDH voidaan joustavasti lisätä ja vähentää alinopeuksia jopa kanavatasolla siirtolaitteiden hallinta on integroitu osaksi järjestelmää, tietokoneohjatut kytkennät suurin nopeus 9,9 Gbit/s joustava siirtokapasiteetti, voidaan siirtää monenlaisia signaaleja 23
3. ISDN Kaksi eri liittymätyyppiä (perusliittymä BRI ja järjestelmäliittymä PRI) ISDN:sta on jäänyt syrjäseutujen dataratkaisuksi, kun esim. xdsl-yhteyksiä ei ole tarjolla 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 24 ISDN-digitaalinen monipalveluverkko: Keskukset ja niiden väliset yhdysjohdot ovat jo digitaalisia. Kun tilaajayhteydet saadaan digitaalisiksi, on koko verkko digitaalinen. Eräs tapa toteuttaa digitaalinen tilaajaliitäntä on ISDN. ISDN=Integrated Services Digital Network Perusidea on, että samassa verkossa voidaan siirtää puhetta, dataa, tekstiä ja liikkuvaa kuvaa. Tavallisen tilaajaliitännän muuttaminen ISDN-liittymäksi tapahtuu siten, että keskukseen asennetaan tilaajaa varten ISDN-liitäntäkortti. Tilaajan kotiin asennetaan verkkopääte, joka huolehtii liikenteen sovittamisesta verkkoon. Laskutus on normaalisti aikaperustaista. Päätelaitteet Yhteen ISDN-perusliittymään enintään kahdeksan päätelaitetta (TE) Kaksi käytössä yhtäaikaa Alanumero liittymän laitteet voidaan erotella toisistaan ylimääräisellä numerolla, joka lisätään varsinaisen puhelinnumeron perään Päätelaite (TE): liittymä noudattaa ISDN-suosituksia S-rajapinta Päätesovitin (TA): päätesovitimella lisätään laitteet, jotka eivät noudata suosituksia sovittimet erilaisia eri laitteille R-rajapinta Päätelaitteet voivat olla esim. kuvapuhelimia, telekopiolaitteita, tietokoneita yms. 24
30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 25 Liittymätyypit: Perusliittymä (BRI) on tarkoitettu tavalliseen kotikäyttöön. Se sisältää 2B+D -kanavat. B- kanava on 64 kbit/s-linja, jolla voidaan siirtää mitä tahansa digitaalista informaatiota. D- kanava on merkinantolinja (6 kbit/s), jota voidaan käyttää myös pakettidatan siirtoon. Järjestelmäliittymä (PRI) sisältää 32 kanavaa (USA:ssa 23 kanavaa), joista 30 on B- kanavia. Tämä liittymätyyppi on tarkoitettu yritysten yms. suurempaa kapasiteettia vaativien sovellusten käyttöön. ISDN:n kehitys: ISDN ei ole onnistunut Suomessa valtaamaan suuria markkinoita. Hinta verrattuna tavalliseen liittymään on vielä sen verran korkeampi, ettei ISDN ole levinnyt nopeasti. ISDN on jo nyt suorituskyvyltään vaatimaton nopeisiin tiedonsiirtotarpeisiin. ADSL-yhteydet ovat valtaamassa alaa ISDN-yhteyksiltä. ADSL-yhteys on epäsymmetrinen nopea (9,6kbit/s - 8Mbit/s) yhteys, joka toimii lyhyillä kuparikaapeliyhteyksillä. Tilaaja tarvitsee ADSL-modeemin. 25
4. xdsl 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 26 DSL (Digital Subscriber Line) on yleisnimitys tekniikoille, joiden avulla kuparikaapelin avulla rakennettu tilaajayhteys voidaan muuntaa laajakaistayhteydeksi käyttämällä johtimen yläkaistaa. Perinteinen puhelinyhteys käyttää tilaajajohdon kaistasta vain pienen osan (n. 4kHz). DSL-tekniikat korvannevat suurelta osin lähitulevaisuudessa muut kuparikaapelia käyttävät yhteysmuodot (esim. analoginen modeemi ja ISDN jäävät syrjäseutujen ratkaisuiksi). Kehitys on ollut aluksi verkkaista, mutta vauhti on viime aikoina kiihtynyt selvästi niin tilaajamäärissä kuin DSL-tekniikoiden saavuttamissa siirtonopeuksissakin. Tekniikat tarjoavat kiinteän, pakettikytkentäisen yhteyden palveluntarjoajan verkkoon. Tekniikoiden etuja ovat vanhojen kaapeleiden hyödyntäminen ja suuret siirtonopeudet. Haittapuolina ovat pienet etäisyydet keskuksesta ja se, että linjan laatu vaikuttaa yleensä siirtonopeuteen. DSL-tekniikoita on useita (alla muutamia yleisimpiä) ja niihin viitataan yleensä lyhenteellä xdsl. Kullakin DSL- tekniikalla on ominaispiirteensä liittyen suorituskykyyn (enimmäiskapasiteetti), suorituskyvyn kannalta optimaaliseen siirtoetäisyyteen (mitattuna keskuksesta), siirtotaajuuteen ja kustannuksiin. xdsl-yhteys toimii siis kiinteän puhelinverkon kautta. Tilaajan päähän puhelinpistokkeeseen asennetaan xdsl-modeemi, johon kytketään normaalilla verkkokortilla varustettu tietokone joko suoraan tai mahdollisesti jakosuotimen kautta. Analogiset laitteet kuten puhelin ja faksi kytketään verkkoon analogiasovittimien avulla. xdsl-yhteys on koko ajan auki, mutta puhelinta voi silti käyttää samanaikaisesti (paitsi HDSL:ssa). xdsl-yhteyden nopeuteen ei vaikuta muiden käyttäjien määrä tai verkossa liikkuvan datan määrä, vaan käyttäjä saa aina saman ennustettavissa olevan yhteysnopeuden. xdsl-modeemeissa käytetään kahta kilpailevaa modulaatiotekniikkaa: DMT (Discrete Multitone) ja CAP (Carrierless Amplitude Phase). Molemmat käyttävät samaa QAM-perustekniikkaa, mutta eri tavalla. DMT on näistä tehokkaampi, mutta CAP on halvempi ja helpompi toteuttaa. Rajoituksia xdsl-yhteyksille on kuitenkin paljon. Nykyiset puhelinkaapelit ovat usein niin huonokuntoisia, että digitaalinen siirto ei niissä onnistu. Etäisyys puhelinkeskuksesta rajoittaa xdsl:n leviämistä kaikkein tehokkaimmin. Siirtonopeudet ovat riippuvaisia siirtoetäisyydestä siten, että lähellä keskusta voidaan saavuttaa jopa megabittien tai kymmenien megabittien nopeuksia sekunnissa, mutta mahdollinen nopeus laskee etäisyyteen verrannollisesti kunnes yhteys ei enää onnistu lainkaan. Niinpä xdsl-yhteyksiä onkin tarjolla lähinnä suurimmissa kaupungeissa ja niiden ympäristössä. 26
ADSL SDSL Asymmetric Digital Subscriber Line Single Pair Digital Subscriber Line 256 kbit/s - 8 Mbit/s n. 2 Mbit/s n.1 Mbit/s n.2 Mbit/s 1 johdinpari, suurin siirtoetäisyys n.6 km (2 Mbit/s) Käyttää vain yhtä paria, lyhyemmän matkan tekniikka (n.3,5 km) VDSL Very High Digital Subscriber Line n. 13-56 Mbit/s n. 1,5-34 Mbit/s Lyhyen matkan tekniikka, yleensä noin 300m (56 Mbit/s) 1500m (14 Mbit/s) Downstream Upstream Taulukko: DSL-tekniikoiden pääominaisuuksia 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 27 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) on tällä hetkellä yleisimmin käytetty xdsltekniikka. ADSL on asymmetrinen eli nopeus verkosta tilaajalle päin on suurempi kuin tilaajalta verkkoon. ADSL-yhteyttä tarjoavat suomessa jo lähes kaikki suuremmat ISP:t. ADSL-tekniikalla on mahdollista saavuttaa nopeudet tilaajalle 8 Mbps ja verkkoon 1,5 Mbps. R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line) on ADSL:n muunnos. Saavutettavat yhteysnopeudet ovat lähes samat kuin ADSL:ssä, mutta R-ADSL ottaa myös huomioon linjan laadun ja etäisyyden ja valitsee yhteysnopeuden näiden perusteella. ADSL Lite on hitaampi versio tavallisesta ADSL:stä, jossa tarvitaan vähemmän sovittimia tilaajan päässä. Hitaampi yhteys mahdollistaa suuremmat etäisyydet keskuksesta ja on siis saatavilla laajemmalla alueella kuin normaali ADSL. Saavutettavat nopeudet tilaajalle 1 Mbps ja verkkoon 512 kbps. IDSL (ISDN Digital Subscriber Line) käyttää osittain samaa tekniikkaa kuin ISDN ja se on yhtä nopea molempiin suuntiin (full duplex). IDSL-tekniikalla saavutetaan 144 kbps nopeus. HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line) oli ensimmäinen kehitetty xdsl-tekniikka. Se on yhtä nopea molempiin suuntiin ja suurin saavutettava nopeus on 1,5 Mbps kahdella parilla ja 2 Mbps kolmella parilla. HDSL ei ole kovin hyvä tekniikka kotikäyttöön, koska se varaa koko taajuusalueen eikä samanaikainen puhelimen käyttö näin ollen ole mahdollista. Sitä käytetäänkin lähinnä etäpisteiden liittämiseen varsinaiseen verkkoon. SDSL (Single-Line Digital Subscriber Line) on muunnelma HDSL:stä, joka vaatii vain yhden kupariparin, joten asennus- ja laitekustannukset ovat alhaisemmat. Se tarjoaa kuitenkin saman nopeuden kuin HDSL. Suomessa ainakin saunalahti tarjoaa asiakkailleen SDSL-yhteyttä. VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line) on nopein xdsl-tekniikka. VDSL voi olla asymmetrinen, jolloin suurimmat nopeudet ovat 52 Mbps tilaajalle ja 2,3 Mbps verkkoon päin, tai symmetrinen, jolloin suurin nopeus on 34 Mbps. Suuri nopeus rajoittaa kuitenkin toimintaetäisyyttä. 27
ADSL: 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 28 ADSL on kapasiteetiltaan epäsymmetrinen ja nopeudeltaan adaptiivinen tekniikka. Toimintaidea on rajoittaa paluusuunnan kaistanleveyttä, jolloin suurin osa tehosta siirtyy johdolla keskittimestä asiakkaan suuntaan. Kun kaapelin kaikki järjestelmät toimivat samalla periaatteella (ja samaan suuntaan), ei siirtoa rajoittavaa lähipään ylikuulumista juuri esiinny. Tämä mahdollistaa normaalia suuremman läherystehon käytön ja siten pitkän yhteyspituuden tai suuren siirtonopeuden. ADSL toimii yhdellä parilla ja sallii puhelinliittymän häiriöttömän käytön samanaikaisesti. ADSL pystyy tilaajajohdon ominaisuuksista riippuen yleensä 2-6 Mbit/s siirtonopeuteen asiakkaalle päin ja noin 0,3-1 Mbit/s nopeuteen alueverkkoon päin. Tällöin ADSL soveltuu parhaiten palveluihin, joissa verkosta pääasiassa siirretään informaatiota asiakkaalle päin ja liikenne verkkoon päin on vähäisempää. ADSL käyttää DTM-tekniikkaa (Discrete MultiTone modulation) siirtotekniikkana. Siinä puhelinlinjan kaista jaettu 256:een 4 khz kanavaan, joita käsitellään itsenäisesti. Tällä voidaan välttää häiriöllisiä kaistoja pudottamalla huonot tarvittaessa pois käytöstä. Kussakin kanavassa käytetään QAM-modulaatiota. Pitkillä etäisyyksillä tuleva datanopeus pienenee selvästi, koska kaapelivaimennus kasvaa suurilla taajuuksilla nopeasti. 28
SDSL (Symmetric DSL) toiminnaltaan verrattavissa ADSL-tekniikkaan Erona se, että SDSL kykenee toimimaan 2 Mbit/s nopeudella molempiin suuntiin samanaikaisesti tästä hyötyä esimerkiksi palvelinkäytössä, jolloin tietoa siirretään pääasiassa paluusuuntaan myös yrityksissä, jotka toimiala edellyttää suurta tiedonsiirron määrää SDSL-yhteys on epäsymmetristä ADSL-yhteyttä toimivampi yhteyttä tarjoavat huomattavasti harvemmat operaattorit kuin ADSL-yhteyttä asiakkaalle korkeampi hinta myötäsuuntaan saavutettava siirtanopeus, joka on nopeimmillaankin vain 2 Mbit/s siirtoetäisyyden rajoittuminen alle neljään kilometriin 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 29 29
VDSL (Very high bitrate DSL) mahdollistaa noin 13-56 Mbit/s siirtonopeudet kuparikaapelissa rajoitetulla yhteyspituudella (n. 300 m - 1,5 km). korkeimpiin nopeuksiin on mahdollista päästä ainoastaan silloin, kun käytettävä kuparikaapeli on hyväkuntoinen osa kaapeleista on heikompaa tasoa, jolloin suurimpia nopeuksia ei voida niissä ilman kaapelin uusimista saavuttaa käytännössä aktiiviset laitteet viedään lähemmäs asiakasta ja rakennetaan uuden laitetilan ja nykyisen tilaajakeskittimen välinen osuus kuidulla Oulun Puhelin on edelläkävijä Suomessa VDSL-tekniikan kaupallisessa käytössä 30.8.2005 Tietoliikennejärjestelmät / JPR 30 30