Tiedonvälitystekniikka 1-3 ov Luennoitsija: Ma prof. Raimo Kantola raimo.kantola@hut.fi, SG 210 ke 10-12 Assistentti: Erik. Tutkija Mika Ilvesmäki (lynx@tct.hut.fi) Tiedotus: http://www.tct.hut.fi/opetus/s38110/... Rka - Raimo Kantola, ML - Marko Luoma Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-1 Kurssin sisältö ja tavoite Johdanto Kytkentäkentät Synkronointi Luotettavuus, vikasietoisuus, Merkinannot, perusteet Merkinannot, jatko-osa Kurssin tavoite: Perehtyä televälitysjärjestelmien perusrakenteeseen ja perustoimintoihin. --> ymmärtää miten puhelinkeskus toimii ja miksi se on sellainen kuin se on. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-2 Page 1
Kurssivaatimukset J. Y. Hui, luvut 1-5 Freeman, osa luvuista LME:n merkinantopaketti - harjoitustunteja Opetusmonisteet Luennot paras lähde: + Voip, TCAP, SCCP, MTP, V5, MAP... Laskuharjoitukset Arvostelu oikein suoritetut laskarit max + 3 +6 pistettä suorittamatta jätetyt laskarit - EI PÄÄSE TENTTIIN!! tentti 30 pistettä Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-3 Televerkot - johdanto Televerkkojen tyypit Televerkon laitteet Televerkon rakenne Televerkon hierarkia Välitysjärjestelmät Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-4 Page 2
Televerkot jaotellaan käytön mukaan Puhelinverkoiksi (PSTN, ISDN, GSM ) Dataverkoiksi (x.25, Internet) Erillisverkoiksi (PMR, Tetra ) Tällä kurssilla keskitytään puhelinverkkoon mutta dataverkkojen rakennetta sivutaan pakettikytkennän osalta Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-5 Puhelinverkot Puhelinverkot on jaoteltavissa karkeasti kahteen ryhmään: Kiinteiksi verkoiksi (lankaverkko) Liikkuvan liikenteen verkoiksi (matkapuhelin verkko) Kasvu tapahtuu matkapuhelinverkoissa. Kiinteitä puhelinverkkoja rakennetaan enää rajoitetusti. Rakentamiskustannus/tilaaja Lankaverkko Radioverkko kaupunki maaseutu Etäisyys keskuksesta Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-6 Page 3
GSM tilaajamäärän kasvu maailmassa (miljoonaa) 250 200 215 milj/lokak-99 230,5 Ennuste 150 100 70,3 138,0 1Q99 tilasto: 160 miljoonaa 50 0,25 0 1,4 4,5 12,5 Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-7 30,0 92 93 94 95 96 97 98 99 Lähde: GSM Association (v99 lopun ennuste on 250m!) Dataverkot Dataverkkoja ovat kaikki dataliikenteelle tarkoitetut rinnakkaisverkot. Dataverkkoja rakennetaan puolikiinteistä ja valinnaisista yhteyksistä. Dataverkkojen protokollia ovat X.25 ja Frame Relay (FR) ja Internet protocol. LAN R puolikiinteä/vuokrajohto WAN R R Valinnainen yhteys Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-8 Page 4
Erillisverkot Erillisverkoiksi luetellaan mm seuraavat verkot: Sotilasverkot Pelastustoimen viestintäverkot Pelastustoimen hälytysverkko Poliisiverkko Yritysten / yhteisöjen sisäiset viestintäverkot (VR, kaupungit) Erillisverkkojen rakenne vaihtelee suuresti. Osa hyödyntää puhelinverkkoa osana itseään ja osa perustuu täysin omiin resursseihin. Suomessa rakenteilla VIRVE, perustuu Tetra standardiin Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-9 Televerkon laitteet Televerkossa hyödynnetään laitteita, jotka on jaoteltavissa käyttötarkoituksensa mukaan seuraaviin: Päätelaitteet Keskuslaitteet Verkon palvelusolmut Ristikytkentälaitteet Siirtojärjestelmä laitteet Päästä-päähän tarkastelussa ristikytkentä- ja siirtolaitteet toimivat OSI:n tasoilla 1 ja 2. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-10 Page 5
Päätelaitteet Päätelaitteet ovat tilaajan omistamia tai hallussa olevia laitteita. Niillä kommunikoidaan kyseisen verkon läpi toiseen päätelaitteeseen tai verkon sisäiseen palveluun. Päätelaitteita ovat mm: Puhelimet Vaihteet Modeemit Reitittimet ja sillat Automaattiset hälytyksen siirtolaitteet (robotit) Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-11 Keskuslaitteet toteuttavat valinnaiset palvelut Ovat verkon älykäs osa. Tilaajajohdot/ tai radio Ohjausosa Tilaajaliitäntä Kytkentäkenttä Yhdysjohtoliitäntä Suorittavat yhteyksien reititystä. Ovat vastuussa yhteyksien palvelutasosta Ovat nykyään prosessorikapasiteetin ja ohjelmiston jättiläisiä ~ tietokoneita useilla liitynnöillä ympäröivään verkkoon. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-12 Page 6
Palvelusolmut ovat televerkkoon liitettäviä tietokoneita Älyverkon SCP - palvelun ohjauspiste Puhepostijärjestelmä Älykäs tiedonantolaite Voice response system Palvelusolmujen avulla operaattorit pyrkivät palveludifferentiaatioon - erottumaan joukosta. Toteutus mieluiten keskuksista riippumatta. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-13 Ristikytkentälaitteet mahdollistavat siirtoyhteyksien uudelleen järjestelyt Piirikytkentäisessä verkossa on päästä päähän tarkastelussa tason 1 laite. Esim käyttö: vuokrajohtojen hallinta, yhteyksien tiivistäminen täysiksi PCM-johdoille. Ristikytkentälaite koostuu digitaalisesta kytkentäkentästä ja kevyestä ohjausosasta, joka toteuttaa verkonhallinnan käskyt. Yhteyksien hallinta tapahtuu verkon hallinnan avulla. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-14 Page 7
Siirtojärjestelmälaitteilla verkolle rakennetaan maantieteellinen peitto Siirtävät suuria määriä tietoa pitkiä maantieteellisiä etäisyyksiä. Päästä päähän tarkastelussa toimivat piirikytkentäisessä verkossa tasolla 1. Perustuvat usein optisiin komponentteihin. Esim PDH-järjestelmät ja SDH -järjestelmät SDH-järjestelmä vaatii yli miljoonan rivin ohjelmiston ==> on ohjelmistotuote! Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-15 Yritystasolla tietoliikenne jäsennetään rooleiksi ja osapuoliksi Service Provider Palvelun tarjoaja + palvelusolmut Tilaaja + päätelaitteet + vaihteet Network Provider/ verkko-operaattori: + siirtolaitteet, ristikytkentälaitteet + keskukset Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-16 Page 8
Televerkon rakenne eli topologia kuvaa keskusten yhteydet toisiinsa Täysin kytketty, kaikki keskukset on liitetty toisiinsa yhdellä tai useammalla väylällä. Tähti, kaksi keskusta on liitetty toisiinsa kolmannen avulla. Solmut ovat välitysjärjestelmiä ja kaaret siirtojärjestelmiä. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-17 Suosittu televerkon rakenne muodostuu useista tähdistä ja oikojohdoista oikojohto Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-18 Page 9
Liikenteen suuntautuvuus määrää televerkon rakennetta Rakennetta ohjaa siis keskusten lukumäärä ja niiden välittämä liikenne eri verkon suuntiin. Suuri liikenne, pyritään täyteen kytkentään Pieni ylöspäin suuntautuva liikenne --> pyritään tähti rakenteeseen Televerkon rakenne on kaikkia edellisiä. Tähtirakenne on nähtävissä aivan tilaajan päässä, jossa ovat tilaajakeskittimet ja päätekeskus. Edelliset on tyypillisesti kytketty toisiinsa ylemmän tason keskuksen kautta tai suoraan lähimpiin rinnakkais keskuksiin. Korkeamman tason kaupunkikeskukset on yleensä täysin kytketty, koska liikennemäärät ovt hyvin suuria. Kaupungin sisältä on tyypillisesti rajallinen määrä yhteyksiä ulos muostaen seuraavan hierarkia asteen, telealueen. Telealueet on vastaavasti liitetty rajallisella määrällä yhteyksiä, jolloin muodostuu selvä hierarkia verkkoon. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-19 Televerkon hierarkia ITU-T on määritellyt televerkolle maailmanlaajuisen hierarkian. Hierarkian mukaan yhteydellä, voi olla maksimissaan 12 siirtoyhteyttä, joista 4 voi olla kansainvälistä. Keskukset jaetaan päätekeskus lähtökeskus/tulokeskus kauttakulkukeskus kaukokeskus kansainvälisen liikenteen keskus Liikenne keskuksissa nouseva, laskeva tuleva, lähtevä, sisäinen, päättyvä, kauttakulkeva Neljäs alue Kolmas alue Toinen alue Ensinmäinen alue Paikallis alue Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-20 Page 10
ITU-T määrittelee välityksen: Pyynnöstä tapahtuva yksittäisen yhteyden muodostus halutusta liittymästä toiseen tunnettujen liittymien joukossa niin pitkäksi aikaa kuin yhteys on tarpeen tiedon siirtoa varten. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-21 Valintaisen puhelinverkon palveluparadigma Tilaajalle myydään pyynnöstä kiinteänopeuksinen yhteys päästä päähän. Verkko takaa yhteyden laadun. Tilaaja saa tehdä ostamallaan yhteydellä mitä haluaa - käyttää sitä niin hyvin kuin osaa. Tilaaja maksaa käyttämistään verkon resursseista (käyttöön perustuva laskutus). Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-22 Page 11
Muodostamalla yhteys pyynnöstä verkkoa hyödynnetään tehokkaasti Tilaaja/käyttäjä/asiakas - puhe - data - video Ilman välitystekniikkaa kaikilta tilaajilta tarvitaan johto kaikille muille tilaajille. Tilaaja/käyttäjä/asiakas - puhe - data - video Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-23 Liittymille ja/tai tilaajille tarvitaan verkossa yksikäsitteiset osoitteet PSTN/ISDN/GSM - E.164 mukaiset puhelinnumerot kiinteämittaiset tai vaihtelevan mittaiset Internetissä IP -osoitteet IPv4 osoitteet --> IPv6 - osoitteet ATM - verkossa: NSAP - osoitteet Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-24 Page 12
Yhteydellisessä liikennöinnissä tarvitaan yhteyden muodostus, jolla verkko siirtyy globaaleista osoitteista lokaaleihin Muodostussanoma [ B:n globaali osoite] A -tilaaja Vastaus [ yhteysvälikohtainen tunnus] Yhteydellinen tila B -tilaaja Esim. puhetila Solmuvälikohtainen Puhelinverkossa yhteyden muodostuksen ja purun - aikaväli (PSTN ) mahdollistavaa ohjaustiedon välitystä nimitetään - looginen kanava (x.25) merkinannoksi. -... Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-25 Yhteyksiä voidaan muodostaa myös verkon hallintakomennoilla Puhelinverkkoa käytetään vuokrayhteyksien toteutukseen Frame relay on kiinteitä vuokrajohtoja korvaava vaihtelevan mittaisia paketteja välittävä tekniikka - esim LAN:ien yhdistämiseen Myös ATM:ää voidaan käyttää puolikiinteiden virtuaaliyhteyksien muodostukseen Tässä toimintamallissa verkon solmujen ei tarvitse ymmärtää merkinantoa. Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-26 Page 13
Kytkentäosan tehtävä on kytkeä tuleva ja lähtevä aikaväli Tulojohdot Kytkentäkenttä Lähtöjohdot tulevat aikavälit Johto = 2Mbit/s yhteys Aikaväli = 64kbit/s yhteys tulo-pcm, tulo-tsl lähtö-pcm, lähtö-tsl Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-27 Kurssin kuva välitysjärjestelmästä IP HLR PABX CAS, R2 ISDN Kytkentäkenttä MAP YKM AN V5 Ohjaus INAP SCP Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-28 Page 14
Tuotesukupolvien elinkaaret SPC, analoginen kenttä Koordinaattikeskus Suoraan ohjattu Digitaalinen keskus Laajakaistakytkin Optinen välitys 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-29 Teletekniikan kehityspolku Suomessa Kaukoliikenteen automatisointi Piirikytkentäinen NMT-900 NMT-450 Dataverkot GSM WWW Arpanet ---> Internet tekniikka ISDN Keskusten digitalisointi Digitaalinen siirto 1955-60 -65-70 -75-80 -85-90 -95 2000 Pakettik Rka/ML -k2000 Tiedonvälitystekniikka I 1-30 Page 15