Távközlő Hálózatok 24. előadás 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények Németh Krisztián BME TMIT máj. 16. A. K. Erlang

2 Hol tartunk? 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák Hívószámkiosztás, analóg és digitális telefonhálózati architektúra 2. Jelzésrendszerek Előfizető és központ közötti, központok közötti 3. Távközlési protokollok 4. Gerinchálózati technikák PDH, SDH, ATM, MPLS, OTN, NGSDH, stb. 5. IP szélessávú hozzáférési technikák Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 6. Kapcsolástechnika 7. Mobil távközlő rendszerek Műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok, GSM, UMTS 8. VoIP, kodekek 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei Csopaki Gy. Cinkler T. Németh K.

3 Jelátviteli és forgalmi követelmények  Információtípusok, jelek és hálózatok  Beszédátviteli követelmények  Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése  Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban Jelátviteli és forgalmi követelmények

4 Henk-Németh jegyzetben! Átviendő jelek bemutatása, specifikálása  Jel: átvitt információ reprezentálása  Minőségi paraméterek megadása Sok jel együtt: forgalom  Forgalom: jelek összességének hálózaton való megjelenése  Forgalmi követelmények megadása Ezek hálózatonként mások-mások Cél: tudjuk, mire kell a hálózatot tervezni/méretezni Jelátviteli és forgalmi követelmények

5  Információtípusok, jelek és hálózatok  Beszédátviteli követelmények  Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése  Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban Információtípusok, jelek és hálózatok

6 Információforrás: ember vagy gép Információtípus például:  beszéd, párbeszéd  zene (beszédhez hasonló, magasabb minőségi követelmények)  állókép  mozgókép  szöveges üzenet (pl. távirat, SMS, )  mérési adatok  bináris adat (pl. fájl, weblap, stb.) Információtípusok, jelek és hálózatok

7 Jel: információ reprezentálása Jeltípus például:  Analóg jelek: analóg beszédjel analóg zenei jel analóg mozgókép digitális jel analóg csatornán FDM nyalábolt analóg jelek tápáram  Digitális jelek: digitalizált beszédjel digitalizált zenei jel digitalizált mozgókép bináris adatok (bitsorozat) TDM nyalábolt digitális jelek hálózati jelzések Információtípusok, jelek és hálózatok

8 Kétféle hálózat: Egyetlen jeltípus átvitelére tervezték  pl. távbeszélő-hálózat, kábeltévé-hálózat  Ezeken lehetséges: elsődleges v. másodlagos adatátvitel  Elsődleges: erre tervezték pl.: beszéd, TV műsor  Másodlagos: nem erre tervezték pl.: adatátvitel Integrált (multiservice, többszolgáltatásos): több jeltípus átvitelére tervezték  pl.: ISDN, GSM, UMTS Információtípusok, jelek és hálózatok

9 Jelátviteli és forgalmi követelmények  Információtípusok, jelek és hálózatok  Beszédátviteli követelmények  Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése  Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban Beszédátviteli követelmények

10 Többségében ITU szabvány  De itt csak a lényeg 1. Érthetőség  Elsődleges követelmény: mondatérthetőség: 95-97%  Azaz kb % szótagérthetőség  Ez nem elég könnyen mérhető: „műszakibb” követelményekre fordítjuk ezt le  Megj.: „nincs magasan a léc” Beszédátviteli követelmények

11 2. Sávszélesség  Emberi fül: max. 20 Hz kHz  300 Hz Hz: 99,9% mondatérthetőség ha minden más paraméter tökéletes 3. Csillapítás  miért...  dB  Szerencsére: a 2/4 huzalos átalakításnál egyébként is fellép csillapítás Beszédátviteli követelmények

12 bemeneti teljesítmény: P 1 ki meneti teljesítmény: P 2 csillapítás (a): erősítés (A): megj.: elektronikában: P=U 2 /R (U: effektív érték) ekkor ha R 1 =R 2 : dB: dimenzió nélküli szám, csak jelölés (mint a rad) Kitérő: decibel

13 4. Csillapításingadozás  csillapítás változása a frekvencia fv-ében  referencia fr.: 1020 Hz Beszédátviteli követelmények

14 5. Jel/zaj viszony  hasznos jel teljesítménye / zaj teljesítménye  nem érthető zaj: min dB  érthető zaj: min dB áthallás visszhang Beszédátviteli követelmények

15 6. Késleltetés  szájtól fülig / egyirányú késleltetés  összetevők: terjedési idő eszközök késleltetése  limit: 250 ms GEO műholdaknál csak a terjedési idő ms! lehet azért ilyenkor beszélni, csak lassan, megvárva a másik felet  de: visszhang! visszhang keletkezik a vevőnél ez adott késleltetés felett zavaró a határ: 12,5 ms felette: visszhangelnyomás (lásd következő előadás) visszhangos kapcsolaton nagyon kellemetlen beszélni Beszédátviteli követelmények

16 7. Késleltetés ingadozása  (jitter, delay variation)  frekvencia szerint: magasabb hangok késleltetése kisebb régen volt tipikus sáv közepén +-30 ms, sáv szélén +-60 ms  idő szerint (egy adott frekvencián): +-30 ms Beszédátviteli követelmények

17 8. Frekvenciaeltolási hiba  = additív frekvenciahiba  a jel spektrumának eltolódása  beszédátvitel: +-20 Hz  adatátvitel (külön specifikálva!): +-7 Hz  Főleg FDM rendszerekben Beszédátviteli követelmények

18 9. Multiplikatív frekvenciahiba  megfelelő, ha: Beszédátviteli követelmények

Nemlineáris torzítás  kimeneti és bemeneti jel erőssége nem konstansszoros (nem alakhű átvitel)  tipikusan:  Mérőszáma: teljes harmonikus torzítás (THD, Total Harmonic Distortion) Beszédátviteli követelmények

Nemlineáris torzítás teljes harmonikus torzítás def:  bemenetre: max. amplitúdójú szinuszos jel  kimenet torzított, összetevőire bontjuk (Fourier sor) Alapharmonikus: A 0 Felharmonikusok: A 1, A 2,...  Ekkor:  Távbeszélő hálózatokban: THD max. 10% (régen: 30%) Megj: Hi-Fi: ugyanez, ott 0,5-1%, a jó (sőt, akár 0,0x%!) függ az erősítéstől is: pl. 100 W-os erősítő 10W-on kevésbé torzít, mint egy W-os Beszédátviteli követelmények

21 Jelátviteli és forgalmi követelmények  Információtípusok, jelek és hálózatok  Beszédátviteli követelmények  Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése  Követelmények csomagkapcsolt hálózatokban Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése

22 Cél: hálózat méretezése Pl előfizető  ák. kapacitású központ Cél pontosabban: legkevesebb hány ák. kell, hogy a blokkolás adott érték alatt maradjon? Ehhez kell: forgalmi statisztikák  pl. az előfizetők mikor, milyen gyakran, milyen hosszan beszélnek Ld. Tömegkiszolgálás c. tárgy  Itt most csak egy kis áttekintés, a paraméterek megadása, végeredmény megcsillantása Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése

23 Ehhez két leíró:  X(t) -- [0,t] intervallumban beérkezett hívások száma  Y(t) -- hívások tartásideje feltételek:  független az előző kimenetelektől (OK),  és a felhasználótól (!).  Az időtől függhet. Ekkor elvileg végtelen kapacitású rendszer esetén kiszámíthatóak minden időben a forgalom (fennálló hívások száma) leírói.  (végtelen kapacitás: gyakorlatban a felhasználók száma felső korlát) De ez túl nehéz, és nincs is rá szükség! Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése

24 Ugyanis a tapasztalat a forgalomról:  X(t) növekménye napjában kétszer stacionárius Bár egy „két púpú” görbe valószínű jobb modell lenne az ebédszünet figyelembe vételével  Ráadásul az egyik a max. forgalmú időszak -- amúgy is erre méretezünk  Erre az időszakra mondhatjuk, hogy a tartásidő eloszlása is független az időtől (azonos) Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése

25 Ekkor jelentősen egyszerűsödik a modell:  X(t) -- Poisson folyamat. Várható érték=param.= λ λ -- hívásgyakoriság [1/óra]  Y(t) = Y -- exp. eloszlás. Várható érték=1/param.= h h -- átlagos tartásidő [perc] (!)  A -- forgalomintenzitás A [1], de szokás Erl -lel (Erlang) jelölni Pl: egyéni előfizető  λ = 3 [1/óra]  h = 3 [perc]  A = 3 [1/óra]* 0.05 [óra] = 0,15 [Erl] Pl: vonalas központ  λ = [1/óra]  h = 3 [perc]  A = [1/óra]* 0.05 [óra] = 1000 [Erl] Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése

26 Innen: „legkevesebb hány ák. kell, hogy a blokkolás adott érték alatt maradjon?” Erlang B képlete  P(n) -- mind az n vonal foglalt lesz:  ez veszteséges rendszerre jó. Sorbanállásosra Erlang C -- bonyolultabb. Agner Krarup Erlang dán matematikus, a forgalomelmélet megalapozója (A képlet egy 1917-es publikációjában jelent meg.) Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése

27 Pl.: 3 alkalmazott egy irodában, mindegyik óránként átlagosan 3-szor 3 percet beszél. Kérdés: hány vonal kell a max. 5%-os blokkoláshoz? (1? 2? 3??) A válasz: λ = 3*3 [1/óra] h = 3 [perc] A = 3*3 [1/óra]* 0.05 [óra] = 0,45 [Erl] P(1)=31% P(2)=6,5% (sok!) ( P(3)=1%, ez modellezési hiba, hiszen: P(3)=0) azaz három vonal kell (!!) Pl előfizető n vonalon: λ = 1000*3 [1/óra] h = 3 [perc] A = 1000*3 [1/óra]* 0.05 [óra] = 150 [Erl] Ekkor: Nagy előfiz. számra az elfogadható n A-hoz konvergál Távbeszélő-hálózatok forgalmi jellemzése Ez az első példa hibás: ilyen kis populációra nem jó az Erlang modell.... Elnézést a hibáért! Ez már OK!