Beispiele von Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen von ISDN: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | ==Breitband–ISDN == | + | ==Breitband–ISDN == |
| − | ==Glasfasertechnologie == | + | |
| − | ==U<sub>G2</sub>–Schnittstelle== | + | Breitband–ISDN – meist abgekürzt als '''B–ISDN''' – ist eine Weiterentwicklung von ISDN. Ziel dieser Weiterentwicklung aus dem Jahre 1996 war es, zusätzlich zu den Diensten und Anwendungen des Schmalband–ISDN neue Kommunikationsdienste mit höheren Bandbreiten zu ermöglichen. B–ISDN unterstützt beispielsweise audiovisuelle Dienste und Multimedia–Anwendungen wie Bildübertragung, Bildtelefon und Videokonferenz mit Übertragungsraten bis zu maximal 155 Mbit/s. |
| − | ==ATM–Technik == | + | Um eine solch große Übertragungsrate zu erreichen, nutzt B–ISDN folgende neue Technologien: |
| + | *Anstelle von Kupferkabeln werden Glasfasern verwendet, die aufgrund ihrer geringen Dämpfung größere Bandbreiten und Reichweiten ermöglichen. Auf der nächsten Seite sind die Vorteile der '''Glasfasertechnologie''' zusammengestellt. | ||
| + | *Zur Übertragung und Vermittlung der Information wird auf die '''ATM–Technik''' ('''''A'''synchronous '''T'''ransfer '''M'''ode'') gesetzt. Auf der letzten Seite dieses Abschnitts wird diese Übertragungstechnik für B–ISDN erklärt. | ||
| + | *Die Orts– und Fernvermittlungsstellen sind speziell für diese großen Bandbreiten ausgelegt. | ||
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| + | Die nachfolgende Grafik zeigt ein ISDN–Netz mit zwei B–Kanälen (Schmalband–ISDN, unten) über eine Kupfer–Doppelader (Cu–DA) und oben das Breitband–ISDN (B–ISDN) über Glasfaser (LWL, Lichtwellenleiter). Über eine weitere Kupfer–Doppelader (in der Mitte) erfolgt die Signalisierung, zum Beispiel mittels des Signalisierungssystems SS7. | ||
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| + | Der große wirtschaftliche Erfolg von B–ISDN ist ausgeblieben, da diese Technologie sehr teuer ist und mit DSL (''Digital Subscriber Line'') ebenfalls ausreichende Bandbreiten erreicht werden können. Die hohen Kosten hängen damit zusammen, dass die Glasfaser bis zum Teilnehmer verlegt werden muss. Größere Firmen und Behörden benutzen aber teilweise auch heute noch B–ISDN, wobei nach weiteren Modifikationen Datenraten bis zu 622 Mbit/s erreicht werden. | ||
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| + | ==Glasfasertechnologie == | ||
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| + | Die Übertragungsmedien für B–ISDN sind '''Lichtwellenleiter''' (LWL), häufig auch vereinfacht Glasfasern genannt. Seit den ersten Versuchen in den 1970er Jahren hat die optische Übertragungstechnik enorme Fortschritte gemacht und bietet viele Vorteile gegenüber der elektrischen Übertragung: | ||
| + | *In einem Lichtwellenleiter erfolgt die Signalausbreitung durch ein geführtes elektromagnetisches Feld und es existieren keine Ströme und Spannungen wie bei Kupferleitungen. Ein Glasfaserkabel ist deshalb ''unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen'' und zudem wesentlich leichter als ein Kupferkabel. | ||
| + | *Die Signaldämpfung eines Lichtwellenleiters ist deutlich geringer als die eines Kupferkabels. Im ''Dämpfungsminimum'' bei der Wellenlänge ''λ'' = 1,55 µm wird ein Wert von 0.2 dB/km erreicht. Zum Vergleich: Bei einer Kupferleitung mit 0.4 mm Durchmesser beträgt der Dämpfungswert für ein Gleichsignal ca. 5 dB/km und bei einem Megahertz etwa 20 dB/km – siehe Kapitel 1.1. | ||
| + | *Mit Glasfasern kann man heute bis zu einer Entfernung von 70 km auch ohne zwischengeschaltete Verstärker Übertragungsraten von 10 Gbit/s und mehr erreichen. Erst bei deutlich größeren Entfernungen müssen Zwischenregeneratoren eingesetzt werden. | ||
| + | *Aktuelle optische Übertragungssysteme transportieren bei einer einzigen Wellenlänge Datenraten von 10 Gbit/s über eine Entfernung von 650 Kilometern und es sind bereits heute (2008) Systeme mit 40 Gbit/s kommerziell erhältlich. | ||
| + | *Durch '''optisches Wellenlängenmultiplex''' (englisch: '''''W'''avelength '''D'''ivision '''M'''ultiplex'', WDM) können bis zu 160 Kanäle parallel aufgebaut werden. Bei 80 Kanälen zu je 40 Gbit/s ergibt dies bereits eine Gesamtdatenrate von 3.2 Tbit/s – also 3200 Gbit/s – über eine einzige Faser. | ||
| + | *Heutzutage werden Glasfasern vorwiegend zwischen den Vermittlungsstellen eingesetzt, während man aus Kostengründen zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle weiterhin die vorhandenen Kupferleitungen verwendet. Längerfristig wird es aber sicher ''Fiber–to–the–Home'' (FttH) geben. | ||
| + | *In den Vermittlungsstellen muss sendeseitig eine elektrisch–optische Wandlung (E/O) durch eine ''Laserdiode'' (LD) oder eine LED (englisch: ''Light–emitting Diode'') vorgenommen werden. Beim Empfänger ist dann eine optisch–elektrische Rückwandlung (O/E) durch eine ''Photodiode'' (PD) notwendig. ''Hinweis'': APD steht für Lawinenphotodiode (englisch: ''Avalanche Photodiode''). | ||
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| + | ==U<sub>G2</sub>–Schnittstelle== | ||
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| + | Bei einer Glasfaseranbindung bezeichnet man den Referenzpunkt zwischen Netzabschluss und Ortsvermittlungsstelle mit '''U<sub>G2</sub>'''. Diese Schnittstelle besteht aus zwei Glasfasern für die beiden Übertragungsrichtungen. | ||
| + | Da man den ternären HDB3–Code mit dem Wertevorrat {–1, 0, +1} der $\rm S_{2M}$–Schnittstelle in optischer Form ohne aufwändigen optischen Modulator nicht übertragen kann, muss für die $\rm U_{G2}$–Schnittstelle dieser wieder in einen Binärcode mit den Elementen „0” und „1” gewandelt werden. Diese Umwandlung erfolgt redundant mit dem '''1T2B–Code'''. Das heißt: Jedes Ternärsymbol wird durch zwei Binärsymbole gemäß der folgenden Tabelle dargestellt. Die Coderedundanz ist hierbei gleich 1 – ld(3)/2 ≈ 20.7%. | ||
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| + | Daraus ergeben sich folgende Eigenschaften: | ||
| + | *Durch die Umsetzung wird die Schrittgeschwindigkeit auf 4096 kbit/s verdoppelt, was prinzipiell von Nachteil ist, aber durch die Vorteile der optischen Übertragung mehr als ausgeglichen wird. | ||
| + | *Ein echter Nachteil ist der zusätzliche Aufwand des Empfängers für die Umsetzung des optischen Signals in ein elektrisches Signal. | ||
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| + | Das Breitband–ISDN basiert auf der sog. '''ATM–Technik''' (''''''A'''synchronous '''T'''ransfer '''M'''ode''). Gegenüber PCM 30 bietet ATM folgende Vorteile für Breitbanddienste und –Anwendungen: | ||
| + | *flexible Zugriffsmöglichkeiten auf die Daten, | ||
| + | *eine gute Anpassung an hohe Bitraten. | ||
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| + | Hier folgt nur eine kurze Beschreibung des ATM–Verfahrens und seiner Funktionsweise. ATM ist eine spezielle verbindungsorientierte Paketvermittlung, wobei die Pakete hier als ATM–Zellen bezeichnet werden. Es handelt es sich also um eine paketorientierte Übertragung von Zellen. | ||
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| + | Die Grafik zeigt die ATM–Zellenstruktur. Jede ATM–Zelle setzt sich aus 53 Byte zusammen und besteht aus dem Zellenkopf (5 Byte) sowie einem Informationsfeld (48 Byte), das für die Übertragung von Nutzinformationen oder Signalisierungsdaten verwendet wird. Der Zellenkopf enthält: | ||
| + | *den ''Generic Flow Control'' (GFC) – 4 Bit zur Steuerung des Zellflusses, | ||
| + | *den ''Virtual Path Identifier'' (VPI) – 8 Bit zur virtuellen Pfadkennung, | ||
| + | *den ''Virtual Channel Identifier'' (VCI) – 16 Bit zur virtuellen Kanalkennzeichnung, | ||
| + | *den ''Payload Type'' (PT) – 3 Bit zur Beschreibung des Zellentyps, | ||
| + | *die ''Cell Loss Priority'' (CLP) – ein Bit, um einen Zellenverlust zu erkennen, | ||
| + | *den ''Header Error Control'' (HEC) – 8 Bit, um Bitfehler im Zellenkopf zu vermeiden. | ||
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| + | Bei der ATM–Technik werden die von den Endgeräten asynchron ankommenden Zellen im Zeitmultiplexverfahren übertragen. Kommen keine Zellen an, so werden Leerzellen erzeugt, so dass auf der Leitung stets ein kontinuierlicher Zellenstrom vorliegt. ATM ist in dem Sinn asynchron, dass Zellen mit Nutzinformation nicht periodisch auftreten müssen. | ||
| + | Weitere Informationen zu ATM finden Sie im nachfolgenden Kapitel „DSL – ''Digital Subscriber Line''”, das ebenfalls die ATM–Technik benutzt. | ||
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==Aufgabe zu Kapitel 1.4 == | ==Aufgabe zu Kapitel 1.4 == | ||
Version vom 13. Juni 2016, 22:43 Uhr
Inhaltsverzeichnis
Breitband–ISDN
Breitband–ISDN – meist abgekürzt als B–ISDN – ist eine Weiterentwicklung von ISDN. Ziel dieser Weiterentwicklung aus dem Jahre 1996 war es, zusätzlich zu den Diensten und Anwendungen des Schmalband–ISDN neue Kommunikationsdienste mit höheren Bandbreiten zu ermöglichen. B–ISDN unterstützt beispielsweise audiovisuelle Dienste und Multimedia–Anwendungen wie Bildübertragung, Bildtelefon und Videokonferenz mit Übertragungsraten bis zu maximal 155 Mbit/s. Um eine solch große Übertragungsrate zu erreichen, nutzt B–ISDN folgende neue Technologien:
- Anstelle von Kupferkabeln werden Glasfasern verwendet, die aufgrund ihrer geringen Dämpfung größere Bandbreiten und Reichweiten ermöglichen. Auf der nächsten Seite sind die Vorteile der Glasfasertechnologie zusammengestellt.
- Zur Übertragung und Vermittlung der Information wird auf die ATM–Technik (Asynchronous Transfer Mode) gesetzt. Auf der letzten Seite dieses Abschnitts wird diese Übertragungstechnik für B–ISDN erklärt.
- Die Orts– und Fernvermittlungsstellen sind speziell für diese großen Bandbreiten ausgelegt.
Die nachfolgende Grafik zeigt ein ISDN–Netz mit zwei B–Kanälen (Schmalband–ISDN, unten) über eine Kupfer–Doppelader (Cu–DA) und oben das Breitband–ISDN (B–ISDN) über Glasfaser (LWL, Lichtwellenleiter). Über eine weitere Kupfer–Doppelader (in der Mitte) erfolgt die Signalisierung, zum Beispiel mittels des Signalisierungssystems SS7.
Der große wirtschaftliche Erfolg von B–ISDN ist ausgeblieben, da diese Technologie sehr teuer ist und mit DSL (Digital Subscriber Line) ebenfalls ausreichende Bandbreiten erreicht werden können. Die hohen Kosten hängen damit zusammen, dass die Glasfaser bis zum Teilnehmer verlegt werden muss. Größere Firmen und Behörden benutzen aber teilweise auch heute noch B–ISDN, wobei nach weiteren Modifikationen Datenraten bis zu 622 Mbit/s erreicht werden.
Glasfasertechnologie
Die Übertragungsmedien für B–ISDN sind Lichtwellenleiter (LWL), häufig auch vereinfacht Glasfasern genannt. Seit den ersten Versuchen in den 1970er Jahren hat die optische Übertragungstechnik enorme Fortschritte gemacht und bietet viele Vorteile gegenüber der elektrischen Übertragung:
- In einem Lichtwellenleiter erfolgt die Signalausbreitung durch ein geführtes elektromagnetisches Feld und es existieren keine Ströme und Spannungen wie bei Kupferleitungen. Ein Glasfaserkabel ist deshalb unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und zudem wesentlich leichter als ein Kupferkabel.
- Die Signaldämpfung eines Lichtwellenleiters ist deutlich geringer als die eines Kupferkabels. Im Dämpfungsminimum bei der Wellenlänge λ = 1,55 µm wird ein Wert von 0.2 dB/km erreicht. Zum Vergleich: Bei einer Kupferleitung mit 0.4 mm Durchmesser beträgt der Dämpfungswert für ein Gleichsignal ca. 5 dB/km und bei einem Megahertz etwa 20 dB/km – siehe Kapitel 1.1.
- Mit Glasfasern kann man heute bis zu einer Entfernung von 70 km auch ohne zwischengeschaltete Verstärker Übertragungsraten von 10 Gbit/s und mehr erreichen. Erst bei deutlich größeren Entfernungen müssen Zwischenregeneratoren eingesetzt werden.
- Aktuelle optische Übertragungssysteme transportieren bei einer einzigen Wellenlänge Datenraten von 10 Gbit/s über eine Entfernung von 650 Kilometern und es sind bereits heute (2008) Systeme mit 40 Gbit/s kommerziell erhältlich.
- Durch optisches Wellenlängenmultiplex (englisch: Wavelength Division Multiplex, WDM) können bis zu 160 Kanäle parallel aufgebaut werden. Bei 80 Kanälen zu je 40 Gbit/s ergibt dies bereits eine Gesamtdatenrate von 3.2 Tbit/s – also 3200 Gbit/s – über eine einzige Faser.
- Heutzutage werden Glasfasern vorwiegend zwischen den Vermittlungsstellen eingesetzt, während man aus Kostengründen zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle weiterhin die vorhandenen Kupferleitungen verwendet. Längerfristig wird es aber sicher Fiber–to–the–Home (FttH) geben.
- In den Vermittlungsstellen muss sendeseitig eine elektrisch–optische Wandlung (E/O) durch eine Laserdiode (LD) oder eine LED (englisch: Light–emitting Diode) vorgenommen werden. Beim Empfänger ist dann eine optisch–elektrische Rückwandlung (O/E) durch eine Photodiode (PD) notwendig. Hinweis: APD steht für Lawinenphotodiode (englisch: Avalanche Photodiode).
UG2–Schnittstelle
Bei einer Glasfaseranbindung bezeichnet man den Referenzpunkt zwischen Netzabschluss und Ortsvermittlungsstelle mit UG2. Diese Schnittstelle besteht aus zwei Glasfasern für die beiden Übertragungsrichtungen. Da man den ternären HDB3–Code mit dem Wertevorrat {–1, 0, +1} der $\rm S_{2M}$–Schnittstelle in optischer Form ohne aufwändigen optischen Modulator nicht übertragen kann, muss für die $\rm U_{G2}$–Schnittstelle dieser wieder in einen Binärcode mit den Elementen „0” und „1” gewandelt werden. Diese Umwandlung erfolgt redundant mit dem 1T2B–Code. Das heißt: Jedes Ternärsymbol wird durch zwei Binärsymbole gemäß der folgenden Tabelle dargestellt. Die Coderedundanz ist hierbei gleich 1 – ld(3)/2 ≈ 20.7%.
Daraus ergeben sich folgende Eigenschaften:
- Durch die Umsetzung wird die Schrittgeschwindigkeit auf 4096 kbit/s verdoppelt, was prinzipiell von Nachteil ist, aber durch die Vorteile der optischen Übertragung mehr als ausgeglichen wird.
- Ein echter Nachteil ist der zusätzliche Aufwand des Empfängers für die Umsetzung des optischen Signals in ein elektrisches Signal.
ATM–Technik
Das Breitband–ISDN basiert auf der sog. ATM–Technik ('Asynchronous Transfer Mode). Gegenüber PCM 30 bietet ATM folgende Vorteile für Breitbanddienste und –Anwendungen:
- flexible Zugriffsmöglichkeiten auf die Daten,
- eine gute Anpassung an hohe Bitraten.
Hier folgt nur eine kurze Beschreibung des ATM–Verfahrens und seiner Funktionsweise. ATM ist eine spezielle verbindungsorientierte Paketvermittlung, wobei die Pakete hier als ATM–Zellen bezeichnet werden. Es handelt es sich also um eine paketorientierte Übertragung von Zellen.
Die Grafik zeigt die ATM–Zellenstruktur. Jede ATM–Zelle setzt sich aus 53 Byte zusammen und besteht aus dem Zellenkopf (5 Byte) sowie einem Informationsfeld (48 Byte), das für die Übertragung von Nutzinformationen oder Signalisierungsdaten verwendet wird. Der Zellenkopf enthält:
- den Generic Flow Control (GFC) – 4 Bit zur Steuerung des Zellflusses,
- den Virtual Path Identifier (VPI) – 8 Bit zur virtuellen Pfadkennung,
- den Virtual Channel Identifier (VCI) – 16 Bit zur virtuellen Kanalkennzeichnung,
- den Payload Type (PT) – 3 Bit zur Beschreibung des Zellentyps,
- die Cell Loss Priority (CLP) – ein Bit, um einen Zellenverlust zu erkennen,
- den Header Error Control (HEC) – 8 Bit, um Bitfehler im Zellenkopf zu vermeiden.
Bei der ATM–Technik werden die von den Endgeräten asynchron ankommenden Zellen im Zeitmultiplexverfahren übertragen. Kommen keine Zellen an, so werden Leerzellen erzeugt, so dass auf der Leitung stets ein kontinuierlicher Zellenstrom vorliegt. ATM ist in dem Sinn asynchron, dass Zellen mit Nutzinformation nicht periodisch auftreten müssen. Weitere Informationen zu ATM finden Sie im nachfolgenden Kapitel „DSL – Digital Subscriber Line”, das ebenfalls die ATM–Technik benutzt.
