ΗΜΥ 100Εισαγωγή στην Τεχνολογία

Οπτικές και Ασύρματες Τηλεπικοινωνίες

6 Νοεμβρίου, 2007

Γεώργιος ΈλληναςΕπίκουρος Καθηγητής

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

Οπτικές Τηλεπικοινωνίες

Φωτοδίοδος

Δεδομένα

Laser/LED

Ίνα

Εξωτερικός

Διαμορφωτής

Οπτικός πομπός

Ενισχυτής Ισχύος

ΕνισχυτήςΓραμμής Προενισχυτής

Οπτικός δέκτης

Ίνα

Αποδιαμορφωτής

Οπτικόφίλτρο

Οπτικό Σύστημα

Οπτικό Σύστημα

Εξέλιξη των τηλεπικοινωνιών

Σημαντικές στιγμές στην ιστορία των Oπτικών Τηλεπικοινωνιών

1870 Ανακάλυψη κυματοδήγησης του φωτός

1955 Ανακάλυψη οπτικής ίνας

1962 Ανακάλυψη laser ημιαγωγού

1966 Πρώτη χρήση οπτικής ίνας στις οπτικές τηλεπικοινωνίες

1970 Ανακάλυψη οπτικής ίνας χαμηλής εξασθένισης (< 20 dB/km)

Πρώτα lasers ημιαγωγού σε θερμοκρασία δωματίου

1977 Πρώτο σύστημα οπτικών τηλεπικοινωνιών (Σικάγο, Η.Π.Α.)

1988 Πρώτο οπτικό υπερατλαντικό καλώδιο (ΤΑΤ-8)

1996 Μετάδοση 1 Tb/s σε οπτική ίνα

Ανατομία μιας οπτικής ίνας

• Διάμετρος:– Μονότροπη οπτική ίνα: 8 μm πυρήνας, 125 μm μανδύας– Πολύτροπη οπτική ίνα : 50, 62.5, 100 μm πυρήνας, 125

μm μανδύας

Πλεονεκτήματα οπτικών ινών

• Μεγάλο εύρος ζώνης (~25 THz/παράθυρο στο υπέρυθρο 0.8,1.3 και

1.55 μm)

• Χαμηλή εξασθένιση (~0.25 dB/km στο 1.55 μm)

• Χαμηλό κόστος παραγωγής (~cents/km)

• Μικρoσκοπικό πάχος (~μm)

• Αναισθησία σε ΗΜ παρεμβολές

• Προστασία από πιθανές υποκλοπές (;)

Μειονεκτήματα οπτικών ινών

• Μικρές διαστάσεις των ινών, πχ μονότροπη ίνα έχει τυπική διάμετρο πυρήνα 8 m

- ένωση ινών είναι δύσκολη- σύζευξη φωτός από lasers στις ίνες είναι δύσκολο (οδηγεί σε ψηλά κόστη για

pigtailed lasers).• Μπορεί να μην είναι πάντα η λύση χαμηλότερου

κόστους για μικρές αποστάσεις (πχ fiber to the home), αλλά συνήθως οι εφαρμογές είναι αυτές που καθορίζουν την τεχνολογία!

Εξέλιξη της εξασθένισης της οπτικής ίνας

D. B. Keck, R. D. Maurer, P. C. SchultzCorning, Inc.

Εθνικό Μετάλλιο Τεχνολογίας ΗΠΑ 2000Εφευρέτες της πρώτης οπτικής ίνας

χαμηλής εξασθένισης (1970)

Τα φασματικά παράθυρα των οπτικών ινών προσφέρουν

μεγάλο εύρος συχνοτήτων

Η αγορά των οπτικών ινών

• ~600 εκατομμύρια km οπτικών ινών έχουν εγκατασταθεί παγκοσμίως

• Η ετήσια κατανάλωση οπτικών ινών μόνο το 2001 ήταν 110 εκατομμύρια km (έναντι 230 εκατομμύρια km χάλκινων καλωδίων)

Το διαδίκτυο κι η ανάγκη των οπτικών τηλεπικοινωνιών

Οπτικά συστήματα

Υποθαλάσσιο δίκτυο οπτικών ινών

Undersea cable laying ship, Cagayan de Oro beach landing

Υποθαλάσσιο δίκτυο οπτικών ινών

1997: Το πρώτο υπερατλαντικό τηλεφωνικό καλώδιο χαλκού το 1956 μπορούσε να μεταφέρει 36 συνομιλίες; Το πρώτο καλώδιο οπτικών ινών που εγκαταστάθηκε το 1988 στον Ατλαντικό μπορούσε να μεταφέρει 8,000 κανάλια (64 kb/s) σε δύο ζεύγη οπτικών ινών. Το Fiber-optic Link Around the Globe (FLAG) μπορεί να μεταφέρει 120,000 κανάλια (64-kb/s) σε δύο ζεύγη οπτικών ινών.

Το αρχικό πρόγραμμα FLAG όταν τελείωσε τον Σεπτέμβρη του 1997 ήταν η μακρύτερηκατασκευή στον κόσμο. Με την ολοκλήρωση του συνδέει την Αγγλία με την Ιαπωνία με ένα σύστημα υποθαλασσίων οπτικών ινών που καλύπτουν μια έκταση μεγαλύτερη από 28,000 km (περισσότερη από 2/3 της περιφέρειας της γης)

FLAG Atlantic

Υπερατλαντικό καλώδιο FLAG Atlantic-1

• Ρυθμός σηματοδοσίας (Tb/s):2.4/κατεύθυνση

• Μήκος (km): 6250/κατεύθυνση

• Κόστος κατασκευής (δις Δολάρια):1.1

• Χώρες που συνδέονται:ΗΠΑ, Γαλλία, Αγγλία

Ισοδύναμο με όλες τις εφημερίδες του κόσμου για τα τελευταία 300 χρόνια να μεταδίδονται στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού ή περίπου ισοδύναμο με 30 εκατομμύρια ταυτόχρονα τηλεφωνήματα σε 1 δευτερόλεπτο. (www.flagatlantic.com)

Συστήματα που δουλεύουν με 8 Tb/s σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 6,500 km διατίθενται τώρα από διάφορεςεταιρείες

Υπερατλαντικό καλώδιο FLAG Atlantic-1

Sea-Me-We339,000 km20 Gb/s (8 2.5 Gb/s)

http://smw3.fcr.fr/

What’s next?

• Σήμερα: – 10 Gb/s ανά κανάλι– 4-128 κανάλια ανά ίνα: > 40 Gb/s– 32 - 196 ίνες/καλώδιο: > 1.2 Tb/s/καλώδιο– Θεωρητικά 25 Tb/s ανά ίνα

• Ολικό εύρος ζώνης διπλασιάζεται κάθε 8 μήνες!

1 fiber = 25 Tbps

3x εύρος ζώνης/χρόνο για 25 χρόνια

Νόμος του Gilder

Τάσεις: Αυξανόμενη κίνηση δεδομένων

e-commerce$3 τρισεκατομμύρια μέχρι το 2003

1990 1995 2000 2005

RelativeLoad

30

20

10

• Οι Τηλεπικοινωνίες είναι τώρα ο τρίτος μεγαλύτερος τομέας της παγκόσμιας οικονομίας

POTS δεν δημιουργούνπλέον σημαντικά κέρδη

Source: Corning International Network Traffic Model

Τάσεις: Αυξανόμενη κίνηση δεδομένων

0.01 0.1 1 10 100 1000 10,000

Voice

CD Quality Stereo Audio

Professional Quality Stereo Audio

Compressed Digital Video (MPEG)

0.064

Data rate (Mb/s):

1.4

8

2.3

216

650

1080

Studio Quality Digital Video

Medical Imaging Quality Digital Video

Studio Quality Digital HDTV

Τάσεις: Εξέλιξη σε πιο ψηλούς ρυθμούς δεδομένων

10,000

1,000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

BT, B

it ra

te G

b/s

1990 1998 2006 2014 Year

Ethernet

Telecoms

• Ethernet: Χ 10 φορές αύξηση ρυθμού δεδομένων κάθε δύο χρόνια

Τάσεις: Εξέλιξη σε πιο ψηλούς ρυθμούς δεδομένων

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

Cumulativelength(millions km)

Year1975 1980 1985 1990 1995 2000

Source: Corning

Οπτικές Ίνες ανά το παγκόσμιο

Γιατί χρειαζόμαστε όλο αυτό το εύρος ζώνης?

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

Online users frequently/occasionally engaging in activity (2001)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

- 20%

Cha

nge

1998

- 2

000

Shopping

Buy airline tickets

Banking

Check weatherTravel information

EmailInternetsearchesChat rooms

Sports scoresDownloadsoftware

Gamble Shareprices

Τάσεις για E-commerce

Μελλοντικές ανάγκες εύρους ζώνης

1990 2000 2010 2020YearSource: Corning

Mainstream-Graphics-Text-Voice

Frontier-HDTV-Webcasting, streaming video-Multimedia

Future-Web agents-Metacomputing-3-D multimedia-Telemedicine

Today = 1 Tb/s

10 ×

1000 ×

1,000 ×(1 Pb/s)

100,000 ×

1,000,000 ×

Req

uire

d bi

t ra

te (

Tb/

s)

Free Spacee.g. intersatellite links

Κατευθυνόμενες

Ολοκληρωμένα οπτικά(Integrated Optics)

-Χρησιμοποιούνται για λειτουργικότητα, πχ μεταγωγή, διαίρεση και συνδυασμό σήματος,πολυπλεξία, κτλ

Οπτικές Ίνες- Άριστο μέσο μετάδοσης - Υπερισχύει στις ενσύρματες τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων

Κατηγορίες οπτικών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων

• Το διαθέσιμο εύρος ζώνης είναι μερικά Tbps – Όμως δεν υπάρχουν ηλεκτρονικές συσκευές πιο γρήγορες από μερικές δεκάδες Gbps. Πως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλο αυτό το εύρος ζώνης ??

• Για να χρησιμοποιήσουμε αποτελεσματικά το εύρος ζώνης σε μονότροπες οπτικές ίνες χρειαζόμαστε κάποια τεχνική πολυπλεξίας => χρησιμοποιούμε πολυπλεξία κατά μήκος κύματος (WDM)

• TDM : Διαφορετικές ροές δεδομένων χαμηλότερων ρυθμών (data rates) πολυπλέκονται σε μια ροή δεδομένων ψηλότερου ρυθμού χρησιμοποιώντας πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiplexing (TDM))

• WDM : Ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων σε διαφορετικά μήκη κύματος (όπως το FDM στα ραδιοφωνικά συστήματα)

Τεχνικές Πολυπλεξίας

TDM :

WDM :

.

.

1

N

B bps

NB bps

.

.

1

N

B bps

.

.

B bps

B bps

1, 2, …, N

Τεχνικές Πολυπλεξίας

Πολυπλεξία κατά μήκος κύματος

Πομποί ΔέκτεςΕνισχυτές γραμμής

Πομποί

Δέκτες

Ενισχυτές γραμμήςΠολυπλέκτης Αποπολυπλέκτης

Πολυπλεξία κατά μήκος κύματος (Wavelength

Division Multiplexing (WDM))

• Πολυπλεξία καναλιών από διαφορετικούς χρήστες στην ίδια οπτική ίνα

• Το οπτικό φάσμα μετάδοσης διαμοιράζεται σε ένα αριθμό (μη επικαλυπτόμενων) ζωνών μήκων κύματος, με το κάθε μήκος κύματος να χρησιμοποιείται για ένα κανάλι επικοινωνίας.

• Η διαφορά μεταξύ ηλεκτρονικής και οπτικής είναι η ευκρίνεια (granularity) (Electronics provide finer granularity and rich connectivity whereas optics provide coarser granularity and large throughput).

.καλώδιο

ίνα . . .

Μήκη κύματος

1 2 3

τυπική απόσταση 0.2-1nm

Πολυπλεξία κατά μήκος κύματος

(Wavelength Division Multiplexing (WDM))

Οπτικά δίκτυα

Το φυσικό στρώμα σήμερα

ΑστικήΤηλεφωνία

Υπεραστικήτηλεφωνία

ΑστικήΤηλεφωνία

ΤοπικάΔίκτυα

HUB

OC3/OC12

DCS

CO

SuperHUB

OC48

OC192

N. Ghani et al., Optical FiberTelecommunications IVB, Ch.8

Το φυσικό στρώμα αύριο

DWDM HUB

ΑστικήΤηλεφωνία

Υπεραστικήτηλεφωνία

ΑστικήΤηλεφωνία

ΤοπικάΔίκτυα

WDM

OC12/192

DCS/OXC

WDM CO

DWDM Super HUB

Οπτικοί κόμβοι

• Τερματικός κόμβος Wavelength Terminal Multiplexer (WTM)

• Κόμβος προσθήκης/απαγωγής μηκών κύματος Wavelength Add/Drop Multiplexer (WADM)

• Κόμβος δρομολόγησης μηκών κύματος Wavelength Selective Crossconnect (WSXC)

WTM

WADM

WSXC

Τερματικός κόμβος

Combiner

8 x 8

DFB Lasersκαι διαμορφωτές

EDFA

To the network

3

6

1

2

4

5

7

8

Receiver Array

1

2

8

From the network

EDFA

DM

UX

WTM

Κόμβος προσθήκης/απαγωγής μ.κ.

1

EDFA EDFA

DM

UX M

UX

2

N

ΣΥΜΒΟΛΑ

2x2 διακόπτης

Εξασθενητής με βρόχοαυτομάτου ελέγχου

WADM

Κόμβος δρομολόγησης μ.κ.

4x4space switch

DM

UX

MU

XServo-

controlled attenuators

Input 1

Input 2

Input 4

Output 1

Output 2

Output 4

ED

FA

ED

FA

WSXC

WDM Αρχιτεκτονικές Δικτύου

• Συστήματα επικοινωνίας μεταξύ δύο σημείων (Point-to-point)

• Δίκτυα τοπολογίας δακτυλίου (ring)

• Δίκτυα τοπολογίας βρόγχου (mesh)

Σύστημα επικοινωνίας μεταξύ δύο σημείων (point-to-point)

. .

.

Mu

x/Dem

ux

. . .

Mu

x/D

emu

x

600km

120km

Αρχιτεκτονική Δακτυλίου (Ring Network Architecture)

2 Fiber 2 Fiber WDM WDM RingRing

Electronic Electronic EquipmentEquipment

2 Fiber WADM2 Fiber WADM(Wavelength Add-Drop (Wavelength Add-Drop

Mux)Mux)

SONET or SONET or Other NEOther NE

Central Central OfficeOffice

Αρχιτεκτονική Βρόγχου(Mesh Network Architecture)

Wavelength Cross-connect

Wavelength Cross-connect

Wavelength Cross-connect

Element Management System

Wavelength Cross-connect

Αρχιτεκτονικές Δικτύων

Σενάριο Εξέλιξης

SONET Ring

ADM

WDM link

WADM

WDM RingInter-office

1-2.5 Gbps/wavelength8-32 wavelengths

OXC

Ring

Star

WDM backbone

Αρχιτεκτονικές Δικτύων

32

ATM SwitchIP Router

WDM Backbone Network

Metro WDM Network

Access Network

ATM/IP/SONET

SONET Ring

64

64

HH11

HH22 4

1 2

3

Cap

acity

/Cab

le E

xhau

st

large spare capacity

large spare capacity

large spare

capacity

large

spar

e

cap

acity

large spare

capacity

100

mile

s

Κόστος Δικτύων (point-to-point)

Κόστος Δικτύων (point-to-point)

• e.g 16 μήκη κύματος και ένας οπτικός ενισχυτής => οικονομία 16 ινών και 16 O/E/O αναγεννητές ($80K για κάθε σήμα OC-48 Gbps)HH22 44

HH11

1 2

3

WD

M

Term

inal

Capacity/Cable Exhaust Relief

16 fold increase in capacity

...

...

...

WD

M

Term

inal

HH11 HH22

1

2 3

4

100 milesC

apac

ity/C

able

Exh

aust

large spare capacity

large

spar

e

cap

acity

Capacity/C

able Exhaust

Capacity/Cable Exhaust

Capacity/Cable

Exhaust

HH11 HH22

1 2 3 4

Traffic:One OC-48 between each CO and the two hubs

Κόστος Δικτύων (δακτύλιοι)

1. Backhoe Solution: Ψηλό κόστος - $6M

2. OC-192 TDM solution:0 % spare capacity in network10 Add/Drop MuxesCost = 10 x $300K = $3M

3. OC-48 WDM 16 Solution:50 % spare capacity in network6 Wavelength Add/Drop MuxesCost = 6 x $375K = $2.25M

HH11 HH22

1

2 3

4

OC-48

4x OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

4x OC-48

OC-48

OC-48OC-48

OC-48

HH11 HH22

1

2 3

4

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

OC-48

Κόστος Δικτύων (δακτύλιοι)

Διασύνδεση Η/Υ

Οπτικές συνδέσεις σε Η/Υ Ι

Σήμερα Σε 5-10 χρόνια

Οπτικές συνδέσεις σε Η/Υ ΙΙ

Το σχήμα δείχνει μια πρωτότυπη οπτική ζεύξη μεταξύ δύο πλακετών που χρησιμοποιούνται στον υπολογιστή ενός αεροπλάνου. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε στα εργαστήρια της Daimler-Chrysler στο Ulm της Γερμανίας και λειτουργεί με ρυθμό σηματοδοσίας 1 Gb/s. Η διαμορφωμένη οπτική δέσμη ενός laser που βρίσκεται στη μια πλακέτα στέλνεται δια μέσου ενός συστήματος φακών, ενός πλαστικού κυματοδηγού και δυο καθρεφτών σε μια φωτοδίοδο στην κάτω πλακέτα.

Ενσύρματη μετάδοση

Οπτικές συνδέσεις σε Η/Υ ΙΙI

Ασύρματη μετάδοση Το σχήμα δείχνει μια πρωτότυπη οπτική ζεύξη 256 καναλιών μεταξύ δύο ολοκληρωμένων κυκλωμάτων CMOS. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του San Diego. Χρησιμοποιεί μια συστοιχία από 256 lasers κάθετης κοιλότητας επιφανειακής εκπομπής (VCSELs), που είναι τοποθετημένα πάνω στο ένα ολοκληρωμένο, και που το καθένα εκπέμπει διαμορφωμένο φως με ρυθμό σηματοδοσίας 1 Gb/s σε διαφορετική φέρουσα συχνότητα. Το φως κατευθύνεται σε μια συστοιχία φωτοδιόδων που βρίσκεται στο άλλο ολοκληρωμένο δια μέσου ενός συστήματος φακών, φραγμάτων περίθλασης και ενός καθρέφτη.

Οπτικές Τηλεπικοινωνίες

Ένα λαμπρό μέλλον

Μεσοπρόθεσμη έρευνα

• Υψίρρυθμη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις:• > 40 Gb/s ανά οπτικό κανάλι• ~10 Tb/s ανά οπτική ίνα • ~10000 km

• Αμιγώς οπτικά δίκτυα (μεταγωγής κυκλωμάτων, πακέτων)

• Οπτικά ολοκληρωμένα κυκλώματα– Μονολιθικά (νανοτεχνολογία, φωτονικοί κρύσταλλοι)– Υβριδικά (μικρο-ελεκτρο-μηχανικά συστήματα)

• Νέα υλικά (π.χ. Οργανικοί ημιαγωγοί, πολυμερή πλαστικά)

Ιδέες για μακροπρόθεσμη έρευνα

• Κβαντικές τηλεπικοινωνίες & κρυπτογραφία (τηλεμεταφορά)

• Χαοτικές τηλεπικοινωνίες• Καινούριες εφαρμογές, απαιτητικές σε εύρος

ζώνης

... και σίγουρα, κάτι εντελώς αναπάντεχο που δεν το έχει σκεφθεί (;) ακόμη κανένας!

Ασύρματες Επικοινωνίες

Παρελθόν

1900-1940

• Ευρεία χρήση ασύρματου τηλέγραφου κατά τον πρώτο παγκόσμιο πόλεμο

• Ραδιοφωνικές Εκπομπές 1920-1930• Πλοήγηση Αεροσκαφών με χρήση

ραδιοβοηθημάτων (μετα το 1920)• Διαμόρφωση FM (Frequency Modulation)

το 1935 • Ευρεία χρήση ασύρματων από αστυνομίες

αμερικάνικών πόλεων (μετά το 1930)

Ασύρματη Τηλεφωνία 0ης Γενιάς

• Πρώτη λειτουργία συστήματος το 1946, στις Η.Π.Α– Frequency Modulation, κανάλι 120 KHz– Αρχικά Push-to-Talk, αργότερα Full-Duplex

• Τοπολογία Δικτύου: Μια πολύ μεγάλη κεραία για κάθε μεγάλη αμερικανική πόλη

• Πρόβλημα: περιορισμένος αριθμός καναλιών– Πολύ γρήγορα τα συστήματα κορέστηκαν

Παρόν(~1980-2000)

Κυψελωτή Τοπολογία

Κυψελωτά Δίκτυα

• Οι χρήστες επικοινωνούν αποκλειστικά με τους σταθμούς βάσης

• Τα κινητά τηλέφωνα έχουν περιορισμένες αρμοδιότητες και δυνατότητες

Δίκτυο Σταθερής

Τηλεφωνίας

Α Β

Ασύρματη Τηλεφωνία 1ης Γενιάς

• Κυψελωτή Τοπολογία

• Αναλογική διαμόρφωση FM

• Μερικά συστήματα:– NTT Cellular, Japan, 1979– Advanced Mobile Phone System (AMPS),

USA, 1983– European Total Access Cellular System

(ETACS), Ευρώπη, 1985

Ασύρματη Τηλεφωνία 2ης Γενιάς (2G)

• Ψηφιακή Μετάδοση• GSM: Global System for Mobile Commun.

– Πανευρωπαϊκό standard, Time Division Multiple Access (TDMA)

• IS-95– Αμερικανικό standard, βασισμένο σε τεχνολογία Code

Division Multiple Access (CDMA) Qualcomm

• Pacific Digital Cellular (PDC)– Ιαπωνικό standard, TDMA

• IS-136– Αμερικανικό standard, TDMA

Ασύρματη Τηλεφωνία Γενιάς 2.5G

• High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) για το GSM.– Κάθε χρήστης λαμβάνει πολλαπλές οπές (slots)

• General Packet Radio Service (GPRS) για τα GSM, IS-136– Μεταγωγή Πακέτου όπως στο Internet!

• Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE) για τα GSM, IS-136– Πολλαπλές οπές και προσαρμογή στο κανάλι

• IS-95B για το IS-95– Κάθε χρήστης λαμβάνει πολλαπλούς κώδικες

Κυψελοειδής Τηλεφωνία Γενιάς 3G

• 3G W-CDMA (UMTS)– Μετεξέλιξη του GSM, αλλά βασισμένο σε

Wideband CDMA και μεταγωγή πακέτου. Ευρωπαϊκό standard

• 3G cdma2000– Μετεξέλιξη του ISM-95, αμερικανικό standard

• 3G TD-SCDMA– Κινεζικό standard, βασισμένο στο GSM

Τηλέφωνα χωρίς καλώδιο (Cordless phones)

• Η πρώτη γενιά απλώς αντικαθιστούσε το καλώδιο με ένα ασύρματο κανάλι.

• Οι δέκτες και πομποί που απαιτούνται είναι πολύ απλοί

• Spread Spectrum, για αντιμετώπιση παρεμβολών

Δορυφορικές Επικοινωνίες με Γεωστατικούς Δορυφόρους

Δορυφορικές Επικοινωνίες με Δορυφόρους Χαμηλής Τροχιάς (Low

Earth Orbit – LEO)

Δορυφορικές Επικοινωνίες με Δορυφόρους Χαμηλής Τροχιάς (Low

Earth Orbit – LEO)

• Μερικές εταιρίες:– Iridium: έτος λειτουργίας 1998, 66 δορυφόροι

που επικοινωνούν μεταξύ τους– Globalstar: έτος λειτουργίας 1998, 40

δορυφόροι που επικοινωνούν με σταθμούς βάσης

– Και οι δύο εταιρείες δεν έχουν κέρδη

Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα (Wireless Local Area Networks)

• Δύο standard:– IEEE 802.11

{a,b,g,h,I,e}– HiperLAN {1,2}

Ασύρματος Τοπικός Βρόχος (Wireless Local Loop)

• Το πιο κοινό standard: Local Multipoint Distribution Service (LMDS)

Μέλλον(~2000-2020)

Κυψελοειδής Τηλεφωνία Γενιάς 4G (και βάλε)

Με την παρούσα τεχνολογία, οι χρήστες επικοινωνούν αποκλειστικά με το σταθμό βάσης

Στην κινητή τηλεφωνία τέταρτης γενιάς οι χρήστες θα μπορούν να μιλούν απευθείας μεταξύ τους

Με την παρούσα τεχνολογία, ο χρήστης Α είναι εκτός δικτύου

Α

ΒΣτην κινητή τηλεφωνία τέταρτης γενιάς ο Β θα προωθεί τα δεδομένα του Α

Ασύρματα Αδόμητα Δίκτυα (Wireless Ad Hoc Networks)

• Οι χρήστες δημιουργούν ένα εξ ολοκλήρου ασύρματο δίκτυο.

• Οι χρήστες έχουν πλέον αυξημένες δυνατότητες και αρμοδιότητες.

Δίκτυο Σταθερής

Τηλεφωνίας

Α

Β

Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks)

SINK

SINK

Task Manager

Internet, Satellite, UAV

Τεχνολογία Αισθητήρων

Εφαρμογές• Στρατιωτικές Εφαρμογές

– Παρακολούθηση πεδίου μάχης– Έλεγχος για τυχόν πυρηνική, βιολογική ή χημική επίθεση

• Περιβαλλοντικές εφαρμογές– Ανίχνευση υπερχείλισης σε ποτάμια– Ανίχνευση επικίνδυνων χημικών ουσιών– Ανίχνευση φωτιάς

• Εφαρμογές σε κτίρια– Ασφάλεια– Έλεγχος κλιματισμού– Δίκτυο επιταχυνσιόμετρων μπορεί να καταγράψει τον

τρόπο κατάρρευσης κτιρίων

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)

Εφαρμογές• Αυτόματη ανταλλαγή πληροφοριών σχετικών με

ασφάλεια– Απότομο φρενάρισμα, ολισθηρό οδόστρωμα

• Μετάδοση πληροφοριών χρήσιμων στον οδηγό– Μποτιλιάρισμα μπροστά– Έργα στο οδόστρωμα μπροστά– Δελτία καιρού– software upgrades, κοκ.

• Πρόσβαση στο Internet (“Infotainment”)• Μετάδοση Διαφημίσεων

– «McDonalds στα δεξιά»

Τυπική Εφαρμογή

Το αυτοκίνητο Α εντοπίζει ενδεχόμενη πηγή κινδύνου και τη μεταδίδει στο αυτοκίνητο Β (χωρίς παρέμβαση του οδηγού)

Το αυτοκίνητο Β δεν μπορεί να μεταδώσει απευθείας στα αυτοκίνηταC και D, και χρησιμοποιεί τα αυτοκίνηταΠου κινούνται στην αντίθετη λωρίδα κυκλοφορίας

A B C D

Ασύρματα πλεγματικά (?) δίκτυα (Wireless Mesh Networks)

INTERNET