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Telekommunikation Auflage 11- 2015 - © Paul-Emile Müller Paul-Emile Müller Arbeitsheft zur Telematik und zu den Richtlinien des VSEI für Elektroberufe.

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1 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Paul-Emile Müller Arbeitsheft zur Telematik und zu den Richtlinien des VSEI für Elektroberufe Folien mit Lösungen, Auflage 11 / : Systemübersicht Telekommunikation 02: Grundlagen der Telefonie 03: Hauseinführung 04: ISDN 05: Endgeräte 06: Einzelteile und Zusatzgeräte 07: Installationsmaterial Cu 08: Lichtwellenleiter 09: Zusatzdienste 10: Tarifierung und Nummerierung 11: Breitbandtechnologien 12: Teilnehmervermittlungsanlagen 13: Drahtlose Kommunikation 14: Koaxiale Systeme 15: Übertragungssysteme 16: Richtlinien Hinweise

2 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Technische Systeme 1.1 a 1 Ein Lift braucht Betriebsenergie (Energiesystem) und Information wohin er fahren soll (Signalsystem). Nach der Fahrt wird das Stockwerk angezeigt. Die Systeme sind anhand einer Liftfahrt zu ergänzen. Unsere technische Welt besteht aus verschiedenen Systemen, die über den Austausch von Energie und Informationen zusammenwirken. Neben dem in der Energietechnik bekannten technischen Energiesystem besteht ein entsprechendes technisches Signalsystem, welches die Grundlage der Telekommunikationstechnik darstellt. Liftanlagen    

3 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Strahlung Elektrotechnisches Energiesystem 1.1 b 3 Elektrische Systeme Thermoelement, Akkumulator Stecker, Kabel, elektronische Schaltung Heizung, Kopfhörer Weitere Beispiele mechanisch thermisch chemisch Strahlung mechanisch thermisch chemisch Elektrotechnisches Energiesystem    Beispiele Erzeuger Betriebseinrichtung Verbraucher

4 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 c 1 Elektrotechnisches Signalsystem Alle Themenbereiche in der Kommunikationstechnik lassen sich in das elektrotechnische Signalsystem eingliedern. Ein Telefon beispielsweise erzeugt im Mikrofon aus Schallwellen ein elektrisches Signal. Dieses Signal wird mittels geeigneten Übertragungsmedien zur Signalverarbeitungstelle (Swisscomzentrale) weitergeleitet. Von da weg wird das Signal zur Signalausgabe, sprich einem Telefonapparat, weitergeleitet. Der Lautsprecher im Mikrotel wandelt nun das elekt­rische Signal wieder in Schallwellen um. TelefonapparatZentrale Symbole für… Kommunikationstechnik

5 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 d 3 Erzeuger Übertrager Signalausgabe Ergänzen Sie mit weiteren Beispielen… Elektrisch Optisch Schall Bild Elektrisch Optisch Schall Bild Beispiele CD-Player, Mobiltelefon Kabel, Funkstrecke, Bussysteme Lautsprecher, Headset   

6 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Spannung vom Mikrophon, Strom an einem Lautsprecher Ausgangsspannung eines Potenziometers Analoge Signale 1.2 a 1 Oszilloskop-Signal Signalarten Beispiele von analogen Signalen aus der Praxis: Analoge Signale können in einem vorgegebenen Wertebereich zu jedem Zeitpunkt einen anderen Wert haben (Momentanwerte). Analoge Signale verändern sich kontinuierlich, sie sind mathematisch betrachtet stetig veränderbar. Das Signal ist zu erweitern.  Wie gross ist der bezeichnete Momentanwert? Analoge Signale  

7 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Schalter Schema 0, Schalter Schema 1 Thermostat meldet zu kalt oder zu heiss Ton- oder Datenspur auf einer CD-ROM 1 Systemübersicht Binäre Signale, Binärcode 1.2 b 1 CD-ROM Binäre Signale, Binärcode Binäre Signale können nur zwei mögliche Zustände annehmen, entweder 0 oder 1, also im Beispiel 0 oder 5 Volt (bi = dual = zwei). Ist zum Beispiel eine Leuchte eingeschaltet, ist sie im Zustand 1. Wird die Leuchte ausgeschaltet, liegt keine Spannung an und der Zustand ist somit 0. Beispiele von binären Signalen und Binärcodes aus der Praxis: Werden mehreren binären Zuständen zusammen- gefasst (z.B. 3) entsteht ein Binärcode. Diesem kann Zahlen oder Buchstaben zugeordnet werden. Das Signal ist zu erweitern.     Die Zustände und die entsprechenden Zahlen sind zu ergänzen. 

8 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Digitale Signale 1.2 c Digitale Signale, Abtastung - Digitalisierung von Tönen oder Bildern - Internettelefonie, Voice over IP (VoIP), All-IP Weitere Beispiele Digitale Signale können mehrere, abzählbare Zustände haben (lateinisch digitus = Finger). Die Abbildung zeigt die Abtast- werte eines analogen Signals (auf ein ganzes Volt gerundet). Durch Codierung können diese in ein binäres Signal umgewandelt werden. [TK  15.5]. Das Signal ist zu erweitern.  Die Abtastwerte sind zu ergänzen 1 A/D Wandlung   Digitales Telefon

9 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Kupferleitungen 1.3 a Übertragungsmedien Kupferleitungen - Leitung zwischen der Anschlussausrüstung in der Zentrale und der Netztrennstelle in einem Einfamilienhaus -Anschlusskabel für Telefone und Modems -Verbindung zwischen Kommunikationssteckdosen und Verteiler Anwendungen für Kupferleitungen in der Telekommunikation. In der Telekommunikationstechnik, wie auch in anderen technischen Bereichen, werden nach wie vor die meisten Signale mittels Kupferleitungen übertragen. Kupferleitungen haben allerdings von den 3 gebräuchlichsten Übertragungsmedien (Kupfer, Lichtwellenleiter, Funk) die grössten Dämpfungen. Das heisst auf langen Leitungen werden die zu übertragenden Signale am stärksten abgeschwächt.    Koaxialkabel

10 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller -Anschlussleitungen von Carriern (z.B. Swisscom, Sunrise) -Computernetzwerke mit grossen Übertragungsgeschwindigkeiten -Verbindung von einzelnen Internetknotenpunkten    1 Systemübersicht Lichtwellenleitungen 1.3 b Werden hohe Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit von Daten gestellt, so kommen heute vermehrt Lichtwellenleiter zum Einsatz. Lichtwellenleiter haben gegenüber Kupferleitungen eine viel geringere Dämpfung. Dadurch lassen sich Leitungen von mehreren Kilometern Länge erstellen, ohne dass ein Verstärker zwischengeschaltet werden muss. Weiter sind Lichtwellenleiter unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung. Lichtwellenleitungen Lichtwellenleiter Anwendungen für Lichtwellenleitern in der Telekommunikation.

11 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Funkverbindungen 1.3 c Funkverbindungen -Schnurloses Telefon (cordless), Mobiltelefon, Pager -Radio, TV, Near Field Communication (NFC) -Fernverbindungen mittels Satellit oder Richtstrahl -Breitband Internet, Wireless Local Area Network (WLAN), Bluetooth Anwendungen für Funkverbindungen in der Telekommunikation. Werden Signale durch die Luft transportiert, so spricht man von einer Funkverbindung oder von drahtloser Kommunikation. Die Signale werden dabei mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen im Radiofrequenzbereich übertragen.    

12 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Automatisierungssysteme 1.4 a Automatisierungssysteme Die verschiedenen Signalarten und Übertragungsmedien spielen nicht nur in der Telekommunikationstechnik eine wichtige Rolle, sondern auch in Automatisierungssystemen. Von Automatisierung spricht man, wenn eine Steuerung oder eine Regelung einen Prozess selbstständig aufrecht erhält. Bei einer Heizungsanlage in einem Einfamilienhaus handelt es sich also um ein Automatisierungssystem. BrennerWarmwasser Expansionsgefäss Steuerung oder Regelung Abluft Vorlauf Rücklauf Nachfolgend soll anhand einer Heizungsanlage der Unterschied zwischen einer Steuerung und einer Regelung aufgezeigt werden.

13 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Schaltuhr steuert die Treppenhausbeleuchtung. Das Potenziometer steuert die Lautstärke. Programmschaltwerk einer Waschmaschine steuert Waschvorgang.    1 Systemübersicht Steuerung 1.4 b Steuerung Weitere Beispiele: Von einer Steuerung spricht man, wenn eine Eingangsgrösse (z.B. Aussentemperatur) eine Ausgangsgrösse (z.B. Raumtemperatur) beeinflusst. Die Ausgangsgrösse wirkt nicht auf die Eingangsgrösse zurück! Eine Störgrösse kann damit nicht ausgeglichen werden. Merke Bei einer Heizungssteuerung erfasst ein Aussenfühler die Umgebungstemperatur. Bei kühler Aussenluft wird dadurch die Heizung eingeschaltet, indem die Ventilstellung beeinflusst wird. Bleibt ein Fenster offen, bleibt es trotz Heizbetrieb den ganzen Tag kalt im entsprechenden Raum, weil diese „Störung“ von der Steuerung nicht erkannt wird. Aussenfühler    1 Handy steuert Energie

14 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Regelung 1.4 c Regelung Bei einer Heizungsregelung wird die Raumtemperatur gemessen und mit einem vorgegebenen Sollwert z.B. 20°C verglichen. Vorteil gegenüber der Steuerung: Bei einem offenen Fenster wird das Absinken der Raumtemperatur erkannt, und je nach Abweichung bezüglich Sollwert erfolgt eine Erhöhung der Wärmezufuhr. Die Raumtemperatur bleibt unabhängig von der Störung durch das offene Fenster konstant. Heizungsregler     1 Regelgeräte

15 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller - Thermostat im Bügeleisen regelt die eingestellte Bügeltemperatur - Netzgerät regelt die konstante Ausgangsspannung - Ein aufrechter Stab wird mit der Hand balanciert    1 Systemübersicht Regelung 1.4 d Weitere Beispiele Merke Von einer Regelung spricht man, wenn eine Ausgangsgrösse (z.B. Raumtemperatur) fortlaufend erfasst wird und mit einem Sollwert (z.B. 18 °C) verglichen wird. Im Unterschied zur Steuerung liegt bei der Regelung ein geschlossener Wirkungsablauf vor. Bei guten Heizungsregelungen werden Innen- und Aussenthermostate installiert. Weiterer Vorteil: Sinkt die Aussentemperatur in der Nacht stark ab, kann das Heizungsventil schon geöffnet werden, bevor der Raumthermostat etwas bemerkt. Somit kann die Trägheit des Heizsystems überwunden werden.

16 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht IT - Systeme 1.5 a IT - Systeme Die Installationen von informationstechnologischen Systemen (IT - Systeme) dienen der Übertragung von Signalen. Diese werden in Form von Sprache, Bildern, Texten und Daten übertragen. Die elektrotechnische Informationsverarbeitung kann analog, digital oder gemischt erfolgen. Meist werden Computer für die Aufarbeitung der Informationen verwendet. Grundlage der digitalen Informationsverarbeitung ist das Programmieren z.B. einer Telefon-Kommunikations-Anlage. In telekommunikationstechnischen Netzwerken findet der Datenaustausch direkt, das heisst ohne Speicherung auf Datenträgern statt. Die Informationsverarbeitung erfolgt leitungsgebunden oder drahtlos. Bezüglich der räumlichen Abmessung werden zwei Netzwerktypen unterschieden. RJ45 Stecker Allgemeines Lokales Netzwerk LAN 100 Mbit/s bis etwa 10 Gbit/s. Übertragungs- geschwindigkeit? Ein lokales Netzwerk (engl. Local Area Network: LAN) ist ein Computernetz, das auf einen Raum oder ein Gebäude beschränkt ist. In grossen Industriebetrieben kann ein LAN auch ein ganzes Areal umfassen und so mehrere Gebäude miteinander verbinden. 

17 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Lokale Netzwerk LAN 1.5 b Firewall Router Switch Desktop Die Geräte sind zu verkabeln.

18 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht 64 kbit/s bis mehrere Gbit/s.  IT - Systeme 1.5 c Weites Netzwerk WAN Übertragungs- geschwindigkeit? Ein Grossflächennetzwerk (engl. Wide Area Network WAN) erstreckt sich über grosse Distanzen. WAN Netzwerke sind meist internationale Netzwerke, wie zum Beispiel das Internet oder das weltweite digitale Telefonnetz. LAN: Local Area Network WAN:Wide Area Network Merke

19 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 a Systemkopplungen In einem lokalen Netzwerk werden die verschiedenen Geräte wie Desktop-Computer, Notebook und Drucker mit einem Switch (englisch Schalter) zusammengekoppelt. Alle Geräte, auch diejenigen, die drahtlos angebunden werden, müssen softwaremässig für das Netzwerk eingestellt werden. Nur so können sie miteinander kommunizieren. Wenn kein Internet­zugang vorhanden ist, hat das Netz eine hohe Sicherheit gegen Eindringlinge von aussen. Allerdings muss die Funkübertragung sicher konfiguriert werden oder besser noch, man verzichtet zu Gunsten der Sicherheit ganz auf Geräte mit drahtlosen Schnittstellen. Rückseite eines Switch LAN - LAN

20 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 b LAN - WAN Um eine Verbindung zum Internet herzustellen, braucht es einen Übergangspunkt vom LAN zum WAN. Dessen Übertragungsgeschwindigkeit ist ein wesentliches Merkmal und hängt von der verwendeten Technologie ab: Telefonnetz mit analogem Modem oder digitalem Terminaladapter (langsam) Telefonnetz Breitbandanschluss mit DSL-Modem/Router (schnell) Glasfaseranschluss (sehr schnell) Cable-Modem (sehr schnell) Mobilfunk (schnell) In der Regel wird für den Übergang ins WAN ein DSL-Router oder ein Kabelmodem mit zusätzlichem Router verwendet. Der Switch teilt den Internetzugang unter mehreren PCs auf. Mit eingerichteter Firewall lässt sich das Netzwerk gegen Eindringlinge von aussen (Hacker) schützen. DSL Modem mit integrierter Firewall

21 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller 1 Systemübersicht Systemkopplungen 1.6 c LAN-Vernetzung via WAN Für die Vernetzung von Niederlassungen, Aussendienstmitarbeitern oder Teleworkern braucht es einen sicheren Kommunikationskanal. Zwei "private" LANs werden miteinander über einen VPN-Tunnel über das öffentliche WAN verbunden. Ein virtuelles privates Netz-werk (VPN) wird entweder über eine Software im PC oder über eine Firewall konfiguriert. Die Daten werden dabei verschlüsselt übertragen. Sie werden sozusagen durch einen Tunnel transportiert, der vor fremden Blicken schützt. Hardware- oder Softwarefirewall Sicherheit Kommunikation ist mit einem Risikofaktor verbunden. Beispiele von Schutzmassnahmen, die nicht in diesem Buch besprochen werden: NAT (Network-Adress-Translation), Paket-Filter, Stateful-Packet-Inspection, Abwehr von DoS-Attaken (Denial-of-Service), DMZ (demilitarisierte Zone) und natürlich der richtige Umgang mit Anti-Viren Software. SPAM Ende 1 Hintergrund Sicherheit Schutzmassnahmen

22 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Bilder zu Systemübersicht Liftanlagen Lift mit Bedientasten für die Kommunikation Billetautomat

23 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Beispiele von Erzeugern SolarzellenGenerator Primärelement Bilder zu Systemübersicht

24 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Beispiele von Betriebseinrichtungen Transformator Leitung Kippschalter Bilder zu Systemübersicht

25 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Beispiele von Verbrauchern Akkumulator (Sekundärelement) Motor für UmwälzpumpeLampe (Energiesparlampe) Bilder zu Systemübersicht

26 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Kommunikationstechnik Telefonapparat Swisscom Zentrale Herdern Bilder zu Systemübersicht

27 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Beispiele von Signalerzeugern Sensoren (Wetter) Mikrofon Tastatur Bilder zu Systemübersicht

28 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Beispiele für Übertrager Verkabelung PBX Private Branche Exchange TVA Teilnehmervermittlungsanlage Software CD-ROM Bilder zu Systemübersicht

29 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Beispiele für die Signalausgabe Hörer Touchscreen (mit Aktor und Sensor) Lautsprecher (Aktor) Bilder zu Systemübersicht

30 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Analoge Signale Oszilloskop mit Analogsignal (Sägezahn) Oszilloskop mit Analogsignal (Sinus) Bilder zu Systemübersicht

31 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Binäre Signale CD betrachtet mit Raster-Elektronen-MikroskopDVD (gleiche Auflösung) 2  m = m Bilder zu Systemübersicht

32 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Handy steuert Energie Fenster, Heizkörper, Lichtschalter, TV- und Audiosysteme lassen sich über Handy-Apps kontrollieren. Bilder zu Systemübersicht Apps zur Energiesteuerung und Messung

33 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Regelthermostate Regelthermostate für die Montage an einen Heizkörper: Bilder zu Systemübersicht mechanisch elektromechanisch Regelthermostate für Wandmontage: aufsteckbar

34 Telekommunikation Auflage © Paul-Emile Müller Hintergrund Sicherheit Hintergrundwissen zu Thema Sicherheit (nicht im Buch) Network Address Translation (NAT) ist eine Art Sicherheitsmerkmal um das interne Netz (LAN) vom externen Netz (WAN) zu trennen. Dabei werden die Adressinformationen in den Datenpaketen durch andere ersetzen. Ein Paketfilter ist eine Software, die den ein- und ausgehenden Datenverkehr in einem Computernetz filtert. Dabei werden nur die in der Firewall angegebenen gültigen Absender- und Empfängeradressen durchgelassen. Stateful-Packet-Inspection ist eine Filtertechnik, bei der die Datenpaket noch genauer untersucht werden. Unter DoS-Attacken (Denial-of-Service) versteht man einen Angriff auf einen Computer mit dem erklärten Ziel, die Verfügbarkeit durch Überlastung ausser Kraft zu setzen. Bei DDos-Attacken (Distributed Denial of Service ) erfolgt der Angriff von vielen verteilten und infizierten Rechnern aus. Die in der demilitarisierten Zone DMZ aufgestellten Systeme werden durch eine oder mehrere Firewalls gegen andere Netze (Internet, LAN) abgeschirmt. Durch diese Trennung kann der Zugriff auf öffentlich erreichbare Dienste ( , WWW) gestattet und gleichzeitig das interne Netz (LAN) vor unberechtigten Zugriffen geschützt werden. Ein Antivirenprogramm (auch Virenscanner oder Virenschutz genannt) ist eine Software, die bekannte Computerviren, Computerwürmer und Trojanische Pferde aufspürt, blockiert und gegebenenfalls beseitigt. Bilder zu Systemübersicht Ende


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