Föreläsning 1. Information och data

Transkript

1 Föreläsning 1 Mål Behandla grundläggande begrepp inom telekommunikation Förse ett högnivå-exempel på telekommunikationssystem Förse en inblick i telekommunikationen utvecklats (historia) Förse en kort överblick av olika kommunikationsnät Information och data Data A representation of facts, concepts, or instructions in a formalized manner suitable for communication, interpretation, or processing by human beings or by automatic means Information The meaning that is currently assigned to data by means of the conventions applied to those data (ANSI: Dictionary for Information Systems) Information Information svårdefinierat begrepp en fundamental storhet såsom energi och materia uppgifter såsom läge, entropi och moment Informationstyper Audio video data multimedia samtidig användning av flera olika informationstyper 1

2 Kommunikation (2/2) Kommunikation förflyttning av information i tid genom lagring i rummet medelst vågutbredning Telekommunikation (tele = avlägsen, fjärran, kommer från grekiska) kommunikation över godtyckligt långa (och korta) avstånd Modern telekommunikation förmedling av alla typer av information i digital form begränsas enbart av avkänning och återskapade exempelvis lukt-, smak- och känselintryck är problematiska datakommunikation förmedling av information Behov av kommunikationssystem Mänsklig kommunikation längre än höravstånd förhindra avlyssning Maskinkommunikation processtyrning Människa-maskin (och vice versa) styrning: statusrapporter (såsom varningsignaler) och kommandon tillgång till lagrad information (databaser) simuleringar och spel Kommunikationskrav (1/2) Kvalitet fördröjning informationsförlust tillförlitlighet säkerhet användarvänlighet Konnektivitet (förbindelse) envägs och tvåvägs (simplex, half-duplex och duplex) en till en, en till flera, en till många (alla) 2

3 Kommunikationskrav (2/2) Kostnad för informationen (ex. royalty) för tjänsten överföringens resurser (tid och kapacitet) överföringens etablering (adressupplysning, förhandsbokning, säkerhetsåtgärder mm) Modern telekommunikation Källa Källkodning Kanalkodning Linjekodning eller modulering Meddelande Symboler Bitar Bitar Vågformer Brus Mottagare Källavkodning Kanalavkodning Linjeavkodning eller demodulering Nät Transmissionslänk vågledare där elektromagnetiska vågor kan breda ut sig sändare genererar vågformer som representerar olika bitvärden bitarna ramas in för att ange början och slutet på ett meddelande mottagare detekterar inkommande våg och avkodar bitsekvensen Multiplexering transmissionslänken delas för att stödja flera sändare Växling länkar kopplas samman med hjälp av växlar möjliggör överföring mellan godtyckliga sändare och mottagare Styrning Datorer övervakar och styr nätet 3

4 Förmedling Informationen representeras digitalt oavsett dess typ krav på begränsad förvrängning vid digitalisering Förmedling av digital information med hjälp av modulerade elektromagnetiska vågor krav på begränsad fördröjning och förlust Informationen återskapas hos mottagaren tidsberoenden återskapas felrättasellerskylsöver Några milstolpar (1/2) Första metoder för telekommunikation: eldsignaler (1184 f. Kr.) röksignaler (360 f. Kr.) trummor Telegraf (1809) Morse kod (1841) Telefonen (1876) manuell telefonväxel (1878) Några milstolpar (2/2) Trådlösa signaler (1894, Marconi) TV (1931) Internets födelsedag (ARPANET) GSM 1991 WWW 1993 (Mosaic browsern) 4

5 Aktörer inom telekommunikation (1/2) Telekommunikationsbolag (Telco) framställer telekommunikationssystem t. ex. Ericsson, Nokia, Motorola, Siemens, Alcatel, Nortel, Huawei Teleoperatörer erbjuder teletjänster t. ex. TeliaSonera, Elisa (HTF), Vodafone, Deutsche Telekom, T-Mobile, Orange, Cingular, Datakommunikationsbolag erbjuder apparatur för datakommunikation t. ex. Cisco, Lucent Aktörer inom telekommunikation (2/2) ISP (Internet Service Provider) erbjuder internetanslutningar t. ex. TeliaSonera,, Saunalahti, Vodafone ASP (Application Service Provider) erbjuder tjänster t. ex. TeliaSonera NSP (National Service Provider) Erbjuder tjänster på nationell nivå t. ex. AT&T Grundläggande begrepp 5

6 Information enligt Shannon För att ange en av N valmöjligheter behövs log 2 N bitar exempel: en bokstav i svenska alfabetet: 5 bitar En informationskälla ger ifrån sig symboler från ett alfabet bokstäver och skrivtecken för text intensitetsnivåer för bildpunkterna på en datorskärm kan vara kontinuerlig i amplitud och tid, såsom en ljudsignal sampling och kvantisering nödvändig för digital representation Symboler formas till meddelande som förmedlas exempelvis ett brev, en symfoni, de första hundra decimalerna av π Data: representation av information symboler med bestämd syntax Informationskällans entropi Mått på osäkerheten i källans utvärden Undre gräns för antalet bitar som behövs i snitt för att representera en symbol i meddelandet Kan beräknas om källan har en väldefinierad sannolikhetsfördelning för symbolerna symbolernas relativa frekvenser är kända (empiriska sannolikheter) till exempel för bokstäver och skrivtecken i en given textfil N H = pilog 2 p där p1+ Κ pn = 1 i i= 1 och 0log 0 = 0 enligt definition Exempel: binär källa med symbolerna 0 och 1 H = p log p p log p, p = 1 p ,5 p 0 6

7 Bandbredd och kapacitet Mått på en kanals överföringsförmåga bandbredd för en analog kanal, mäts i Hertz [Hz] kapacitet för en digital kanal, mäts i bitar per sekund [b/s] ökad bandbredd kan ge ökad kapacitet koppling via modulation eller linjekodning en brusfri analog kanal har oändlig kapacitet Kanalens kapacitet bör överstiga källans entropi meddelanden kan då skickas med godtyckligt låg felsannolikhet på bekostnad av fördröjning om entropin överstiger kapaciteten förvrängning av signalen som funktion av tillgänglig kapacitet Protokoll och arkitektur (1/2) Protokoll fastlägger format och funktioner för meningsfullt utbyte användardata: format styrdata: format och mening funktioner kodningsförfaranden styralgortimer säkerhetsfunktioner Protokoll och arkitektur (2/2) Arkitekturen fastlägger systemstrukturen ingående protokollfunktioner byggsätt och teknologi användningsområden säkerhets- och betalsystem 7

8 Open System Interconnection (OSI) modellen International Organization for Standardization (ISO), Arkitekturbeskrivning, delar upp funktionaliteten i flera olika skikt Hos sändaren Tillämpning Presentation Session Transport Nät Datalänk Medium I nätet Nät Datalänk Medium Hos mottagaren Tillämpning Presentation Session Transport Nät Datalänk Medium Fördelar med en skiktmodell Ett telekommunikationssystem är komplext uppdelning av funktionaliteten: minskar komplexiteten gör systemet lättare att abstrahera olika implementerare kan bygga olika delar av systemet alla skikt behövs inte i nätet jämför till objekt-orienterade modeller Internetprotokollens skikt tillämpning transport nät länk Medium (fysisk) 8

9 Kommunikationsnät (1/4) Telenät (PSTN, Public Switched Telephone Network) Byggt för analog röstöverföring abonnenter anslutna via enkel parkabel låg bandbredd, dryga 3 khz låg fördröjning, försumbara förluster data och grafik med eget modem (fax) Enkla terminaler med intelligens i nätet Olika tjänster endast i fråga om uppkopplingar (plustjänster) samtal väntar medflyttning nära och kära nummervisning Kommunikationsnät (2/4) ISDN (Integrated Service Digital Network) digital telefoni flertjänstenät, finns men otillräckligt Mobila nät (PLMN, Public Land Mobile Networks) mobila nätverk ((NMT), GSM, 3G) i dagens läge digital överföring Kommunikationsnät (3/4) Kabel-TV nät Envägsdistribution av analoga TV-signaler Kablering med hög kvalitet koaxialkabel eller optisk fiber Även dataöverföring (kabelmodem) kan ge stor kapacitet 9

10 Kommunikationsnät (4/4) Datanät Det viktigaste är Internet (versalt I!) sammanslutning av oberoende nät gemensam adressering och överföringsformat (IP) Ofta anslutning via telenät kostnaden delvis betingad av telefonoperatören begränsad anslutningskapacitet kräver modem, ISDN, DSL-teknik, eller trådlös teknik Nyare nät (1/2) Internets nästa generation bygger på dagens Internet stort och snabbt ökande antal användare gemensam vilja att öka tjänsteutbudet stor konkurrens bland tjänsteoperatörer från IP version 4 till version 6 Förbättringar till tidigare versionen bl. a. stöd för realtidstjänster Nyare nät (2/2) Trådlösa nät Nya-tekniker som t. ex. Bluetooth och WIMAX Tredje generationens mobila nät 3G Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) WCDMA, CDMA TS-CDMA (kinesisk variant) Uttnyttja elnät för dataöverföring Attraktivt, de flesta har elnätsanslutning dock ingen dominerande roll, kostnadsmässiga tävlan mellan olika tekniker är hård 10