Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Podstawy komutacji cyfrowej
Koordynator przedmiotu:
Krzysztof BRZEZIŃSKI
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Telekomunikacja
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
PKC
Semestr nominalny:
7 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Bilans nakładu pracy przeciętnego studenta: - udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz. - przygotowanie do wykładów (przejrzenie notatek): 15 x 30 min. = 7.5 godz. - udział w konsultacjach w semestrze (przy założeniu, że student czterokrotnie korzysta z 1 godz. konsultacji): 4 godz. - przygotowanie do kolokwiów: 4 x 2 godz. = 8 godz. - udział w laboratoriach: 12 x 2.5 godz. = 30 godz. - przygotowanie do laboratoriów: 12 x 2 godz. = 24 godz. - przygotowanie do egzaminu: 12 godz. - konsultacje przed egzaminem: 2 godz. Łączny nakład pracy studenta wynosi zatem: 30 + 7.5 + 4 + 8 + 30 + 24 + 12 + 2 = 117.5 godzin, co odpowiada 5 punktom ECTS.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich: 30 + 4 + 12 (udział nauczyciela w laboratorium) + 2 = 48 godz., co odpowiada ok. 2 punktom ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Nakład pracy studenta związany z zajęciami praktycznymi: 30 godz. (laboratorium) co odpowiada ok. 1 punktowi ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium30h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Od studentów oczekuje się podstawowej znajomości zagadnień obwodów elektrycznych, układów cyfrowych i zasad określania architektury funkcjonalnej systemów. Przedmiot podstawowy - brak wymagań szczególnych.
Limit liczby studentów:
60
Cel przedmiotu:
1. Ukształtowanie zrozumienia związków pomiędzy cechami usług telekomunikacyjnych a wariantowymi koncepcjami i środkami ich realizacji. 2. Zapoznanie studentów z kanonem koncepcji i technik stosowanych w systemach telekomunikacyjnych / teleinformatycznych: tradycyjnych (komutacja łączy w sieciach PSTN/ISDN) i nowej generacji (komutacja pakietów, Internet). 3. Ukształtowanie podstawowych umiejętności rozpoznawania, jakościowego i ilościowego opisywania oraz powiązywania ze sobą zjawisk zachodzących w procesie realizacji usługi, zwłaszcza dotyczących sygnalizacji i komutacji.
Treści kształcenia:
‭WYKŁAD Część 1: System, sieć, protokół. [] Pojęcie i rodziny definicji Systemu; klasyfikacja systemów; specyfika systemów sztucznych (artefaktów); funkcja właściwa (misja) systemu; komunikacja jako misja i jako mechanizm wewnętrzny; struktura a zachowanie; systemy (tele-)komunikacyjne i (tele-)informatyczne. [] Podstawy projektowania systemów: definiowanie i modelowanie, proces i produkt, usługa jako rodzaj produktu; trajektorie cyklu życia, podejścia do projektowania, weryfikacja i walidacja, idea, rola i praktyka zastosowań metod formalnych w projektowaniu systemów teleinformatycznych. [] Zasady i narzędzia sformalizowanego opisu i analizy różnych aspektów systemu teleinformatycznego; standaryzacja "metod formalnych" (FDT): SDL, MSC, TTCN, ASN.1. Pojęcie protokołu, protokół jako język, poziomy lingwistyczne protokołu, protokół a usługa; Protocol Engineering: tezy, podejścia, praktyka. [] Typologia protokołów jako takich i ich specyfika teleinformatyczna. Zastosowanie języków formalnych i ich wsparcia narzędziowego w standaryzacji i projektowaniu protokołów związanych z usługami teleinformatycznymi (SDL, MSC: podstawy, przykłady). Część 2: Usługi. [] Usługa: istota, różnorodność interpretacji środowiskowych, klasyczne i nowe klasyfikacje; usługa "tele...": elementy definicyjne i warianty realizacyjne; zasady opisu usług w standardach: aspekty statyczne i dynamiczne; sygnalizacja dla realizacji usługi: rola, klasyfikacje, protokoły sygnalizacyjne (przykłady w konkretnych sieciach). Pojęcie "usługi komutowanej"; usługi realizowane w trybie połączeniowym i bezpołączeniowym; intuicja pojęcia komutacji i jej odmian. [] Panowanie nad złożonością: pojęcie "architektury"; abstrakcja, idealizacja, dekompozycja, punkty widzenia, modele odniesienia, podziały (obszary funkcjonalne, warstwy, płaszczyzny...); wielość architektur jednego systemu; meta-standardy architektoniczne, architektura OSI (wyprowadzenie) i jej praktyczne zastosowania (m.in. w sieci ISDN); nowe modele architektoniczne. [] Jakość w ogóle (Pirsig, Garvin) a jakość produktów (w tym - usług) teleinformatycznych: rozumienie, miary, pomiary, standaryzacja; związek jakości z cechami funkcjonalnymi i poza-funkcjonalnymi systemu. Część 3: Transport danych. [] Sieć transportu danych: rola. Użytkownicy sieci i źródła ruchu. Ruch: strumienie zgłoszeń i strumienie danych; charakterystyka strumieni i wymagania na ich obsługę. Matematyczny opis ruchu – proces Poissona, własności, rozkład Poissona. [] Funkcje płaszczyzny danych sieci: transmisja, zwielokrotnienie, komutacja. Techniki komutacji: komutacja kanałów i komutacja pakietów. Techniki zwielokrotnienia – zwielokrotnienie przestrzenne, częstotliwościowe, czasowe. Matematyczny model obsługi ruchu – łańcuchy Markowa, analiza systemów obsługowych. [] Model płaszczyzny danych – komponenty topologiczne, komponenty transportowe, funkcje transportowe. Dekompozycja sieci – pionowa (warstwy) i pozioma (podsieci). Styki UNI i NNI. [] Płaszczyzna sterowania. Model funkcjonalny płaszczyzny sterowania – komponenty i funkcje. Protokoły: sygnalizacyjne, routingowe, zarządzania łączem. Proces zestawiania połączenia: centralizacja a rozproszenie. Część 4: Zarządzanie. [] Zarządzanie systemem telekomunikacyjnym i realizowanymi w nim usługami; CSP - uwarunkowania techniczne i biznesowe; fizyczne i wirtualizowane zasoby sieciowe/usługowe. Systematyzacja – cykl życia zasobów, warstwy i obszary funkcjonalne zarządzania. [] Procesy zarządzania sieciami/usługami. Model TMF-TOM. Klasy procesów – service/network provisioning, service fulfillment, assurance, billing. Przykłady realizacji procesów zarządzania. [] Systemy NMS/EMS, interfejsy zarządzania; modelowanie zasobów na potrzeby zarządzania; protokoły zarządzania (SNMP). LABORATORIUM Ćwiczenie 1 Ćwiczenie składa się z trzech powiązanych ze sobą części, mających na celu zapoznanie studentów z pojęciem protokołu i jego związkami z realizowaną przez system funkcją oraz ze sposobami i narzędziami specyfikowania protokołu i jego analizowania (weryfikacji, walidacji). W ćwiczeniu wykorzystuje się symulację komputerową działania rozproszonego systemu sterowania obiektu teleinformatycznego, zainstalowany w laboratorium działający węzeł zintegrowanej sieci teleinformatycznej oraz profesjonalne, licencjonowane środowisko projektowe języka SDL: PragmaDev. Program symulacyjny i okrojona wersja środowiska SDL są udostępniane studentom do celów przygotowania się do ćwiczeń, a ponadto studenci mają możliwość uzyskania zdalnego dostępu do środowiska w wersji pełnej. [] Część (a): Zadaniem studentów jest zaobserwowanie działania i nieformalne przeprowadzenie weryfikacji i walidacji protokołów zdefiniowanych w przykładowym systemie rozproszonym (systemie sterowania węzła sieci telekomunikacyjnej), na podstawie: zadanych diagramów SDL zawierających (celowo ułomną) specyfikację tych protokołów, dotychczas posiadanej wiedzy o zachowaniu systemu/sieci telekomunikacyjnej (w konfrontacji z zaobserwowanym działaniem rzeczywistego węzła), oraz symulacji komputerowej stanowiącej (celowo ułomną) implementację zadanej specyfikacji. Ta część ćwiczenia ma także dwa dodatkowe cele: zapoznanie studentów z pół-formalnym sposobem użycia języka SDL charakterystycznym dla standardów teleinformatycznych oraz wyrobienie intuicji na temat klasycznych mechanizmów obsługi zgłoszenia użytkownika (przywołania usługi) w tradycyjnych sieciach telekomunikacyjnych. [] Część (b): Wstęp do projektowania systemu (jego struktury i protokołów) z formalnym użyciem języka SDL. Celem tej części jest: zapoznanie studentów z charakterem formalnego, rygorystycznego użycia języka SDL w zastosowaniu do prostych protokołów; oswojenie studentów z podstawowymi funkcjami profesjonalnego środowiska projektowego PragmaDev; wyrobienie zdolności do samodzielnego przeprowadzenia “lekkiego cyklu rozwojowego” protokołu z użyciem narzędzia wspomagającego (w odróżnieniu od metody „ręcznej” prezentowanej w Części a); poznanie i wypróbowanie kilku przydatnych patternów – charakterystycznych fragmentów specyfikacji protokołu, które typowo pojawiają się w różnych kontekstach. W ramach ćwiczenia, studenci w interakcji z prowadzącym projektują, zapisują formalnie i uruchamiają prosty system (o cechach teleinformatycznego systemu realizującego usługę na rzecz użytkowników). W zakresie mini-projektu laboratoryjnego leży także zaprojektowanie i zbudowanie funkcjonalnej makiety urządzenia zewnętrznego, dołączonego do projektowanego systemu. [] Część (c): W tej części, bazując na wiedzy i umiejętnościach wyniesionych z Części (b) oraz wykładów, studenci samodzielnie projektują, weryfikują i demonstrują działanie systemu obsługi użytkowników, z jego protokołami. Ponownie wykorzystuje się narzędzie PragmaDev. Ćwiczenie 2 Ćwiczenie ma na celu zapoznanie studentów z działaniem i technicznymi możliwościami obserwacji i oceniania poprawności protokołów towarzyszących realizacji usług w sieciach telekomunikacyjnych / teleinformatycznych różnych klas. [] Część (a): Celem tej części jest praktyczne (hands-on) zapoznanie studentów z realizacją klasycznych telekomunikacyjnych połączeniowych usług konwersacyjnych (w tym: telefonii i wideotelefonii) w środowisku rzeczywistej (nie symulowanej) laboratoryjnej sieci PSTN/ISDN i ugruntowanie wiedzy na temat powiązań między obserwowanym zachowaniem usługi a wykonaniem związanych z nią protokołów sterujących w przekroju dostępu abonenckiego. Wykorzystuje się do tego monitor sygnalizacji MONDIS konstrukcji własnej IT P.W. oraz, informacyjnie, komercyjne monitory sygnalizacji firmy Tektronix. Będące przedmiotem ćwiczenia protokoły i usługi ISDN pozostają w użyciu (choć są wypierane przez kolejne generacje rozwiązań, będące przedmiotem kolejnych ćwiczeń), a ponadto stanowią klarowne przykłady wprowadzanych na wykładach podziałów i klasyfikacji. [] Część (b): Zapoznanie się z protokołami i usługami „internetowymi”, funkcjonującymi w strukturach Internetu Rzeczy. Te usługi i protokoły mają inne pochodzenie, charakter, i wymagają innych narzędzi do ich badania, niż te będące przedmiotem Części (a). W ćwiczeniu zwraca się uwagę na analogie, podobieństwa i różnice. Wśród celów ćwiczenia leży wyrobienie podstawowej umiejętności posługiwania sie popularnym monitorem / analizatorem protokołów Wireshark. Studenci mogą zainstalować i użyć tego narzędzia na ich prywatnych zasobach, w celu lepszego przygotowania się do ćwiczenia. [] Część (c): Wprowadzenie do zarządzania, na przykładzie usług dodatkowych towarzyszących klasycznym telekomunikacyjnym usługom konwersacyjnym w sieci PSTN/ISDN. Studenci, ze wsparciem prowadzącego, dokonują działań z obszaru zarządzania i sterowania usługami dodatkowymi, a następnie obserwują ich efekty: na poziomie percepcji użytkownika i na poziomie technicznym, w którym obserwuje się zawartość wiadomości sygnalizacyjnych. W ćwiczeniu wykorzystuje się rzeczywisty zintegrowany system teleinformatyczny PSTN/ISDN/IP (DGT 3450 Millenium) wraz z jego systemem zarządzania oraz, do obserwacji sygnalizacji, monitory MONDIS. Działania zarządzające są dokonywane z wykorzystaniem aparatów końcowych (klienckie „sam-zarządzanie”) oraz z wykorzystaniem systemu zarządzania systemu. Ćwiczenie jest zarazem zapowiedzią i prostą egzemplifikacją treści z zakresu zarządzania, które są przekazywane w dalszej części wykładu i utrwalane na Ćwiczeniu 4. Ćwiczenie 3 Ćwiczenie składa się z trzech powiązanych ze sobą części, realizowanych z wykorzystaniem zestawu wspólnych, popularnych narzędzi sieciowych, takich jak: emulator sieci Mininet, wirtualny przełącznik sieciowy Open vSwitch, generatory ruchu iPerf oraz D-ITG, a także sterownik SDN Ryu. Studenci w sposób praktyczny poznają zagadnienia przekazane na wykładach oraz zapoznają się z konfiguracją i podstawowymi komendami wykorzystywanych narzędzi. Podczas zajęć niezbędne jest również uzupełnianie prostych skryptów napisanych w języku Python. W celu przygotowania do ćwiczeń studenci korzystając z narzędzi wykonują krótkie zadania domowe. [] Część (a) – Strumienie danych. Celem tej części jest zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami związanymi ze strumieniami danych oraz przybliżenie narzędzi używanych podczas kolejnych zajęć. Proces losowego napływu danych, rozkład wykładniczy i proces Poissona. Emulator sieci Mininet, podstawowe komendy. Generatory ruchu iPerf oraz D-ITG, generowanie strumieni danych o zadanej charakterystyce. [] Część (b) – Płaszczyzna danych. Tworzenie sieci o zadanej topologii w emulatorze Mininet. Konfigurowanie dróg przesyłu danych przez sieć; konfigurowanie wirtualnego przełącznika Open vSwitch. Przesyłanie danych generowanych z wykorzystaniem generatorów ruchu i usługi wideorozmowy. Jakość przesyłu danych QoS, sposób zapewniania jakości, mechanizmy kolejek i ich konfigurowanie. [] Część (c) – Płaszczyzna sterowania. Zadania sterownika SDN, podstawowe pojęcia; architektura i cechy sterownika SDN Ryu. Zasady pisania programów na sterownik SDN, realizujących zadany routing strumieni danych. Routing z wykorzystaniem najkrótszych ścieżek oraz routing uwzględniający mierzone obciążenie łączy; tworzenie i uzupełnianie skryptów sterownika SDN w języku Python. Ćwiczenie 4 [] Część (a) - Protokół i modele informacyjne SNMP w zarządzaniu urządzeniami sieci (NEML). Monitorowanie hosta z systemem operacyjnym Linux; monitorowanie i konfigurowanie interfejsów sieciowych hosta. [] Część (b) - Wykorzystanie interfejsów SNMP i CLI do zarządzania w warstwie elementów sieci (NEML) i sieci (NML). Monitorowanie i konfigurowanie mechanizmów OSPF, MPLS i BGP.
Metody oceny:
Sprawdzanie osiągnięcia założonych celów kształcenia w zakresie oceny sumatywnej jest realizowane poprzez: [] sprawdzanie wiedzy i umiejętności wykazanych na egzaminie pisemnym o charakterze testu zamkniętego z możliwymi elementami otwartymi (zadanie problemowe); [] sprawdzanie wiedzy, umiejętności i kompetencji społecznych wykazanych podczas ćwiczeń laboratoryjnych: sprawozdanie z ćwiczenia, uzupełniająca ocena bieżąca (w uzasadnionych przypadkach) [] dodatkowe sprawdzanie wiedzy i umiejętności podczas czterech mini-kolokwiów, organizowanych na zakończenie merytorycznie wydzielonych ciągów wykładów i towarzyszących im spotkań laboratoryjnych Sprawdzanie osiągnięcia założonych celów kształcenia w zakresie oceny formatywnej następuje poprzez interaktywne elementy wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych oraz podczas bezpośrednich kontaktów ze studentem w ramach konsultacji. Ćwiczenia laboratoryjne są zajęciami obowiązkowymi. Nieobecność należy usprawiedliwiać; w razie przyjęcia usprawiedliwienia, prowadzący wyznaczy sposób uzupełnienia zajęć. Do zaliczenia przedmiotu niezbędne jest złożenie wszystkich wymaganych sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych. Ocenianie następuje na podstawie sumy punktów zdobytych z mini-kolokwiów, egzaminu i ćwiczeń laboratoryjnych, w skali standardowej. Zaliczenie przedmiotu: powyżej 50p (na 100p).
Egzamin:
tak
Literatura:
[1] K.Brzeziński, Istota sieci ISDN. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1999 [2] M.Dąbrowski (ed.), Sterowanie i oprogramowanie w telekomunikacyjnych sieciach zintegrowanych. WKŁ, 1990 [3] H.Hanrahan, Network Convergence: Services, Applications, Transport, and Operations Support. Wiley, 2007 [4] W.Kabaciński, M.Żal, Sieci telekomunikacyjne. WKŁ, 2008 [5] H. Koenig, Protocol Engineering. Springer, 2012 [6] W. Stallings, Fundamentals of modern networking SDN, NFV, QoE, IoT and Cloud. Pearsons, 2017. [7] Frameworx Reference. Core Frameworks Concepts and Principles, TM. Forum, 2018. [8] Materiały wykładowe, wyrywki z zalecanych pozycji bibliograficznych, bogata literatura uzupełniająca (w tym artykuły i standardy), instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z rozszerzonym wprowadzeniem - udostępniane studentom w postaci elektronicznej na stronie przedmiotu
Witryna www przedmiotu:
https://studia.elka.pw.edu.pl/
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka PKC1-W1
Zna sposób realizacji usług w sieci z komutacją łączy (PSTN i ISDN) , jego genezę i uwarunkowania (także pozatechniczne)
Weryfikacja: kolokwium 1 i 2, egzamin, ćwiczenie 1a, 2a, 2c
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W04, K_W08, K_W10, K_W12, K_W14, K_W16
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG, III.P6S_WG.o, I.P6S_WK
Charakterystyka PKC1-W2
Ma podstawową wiedzę na temat roli, rodzajów, mechanizmów, sposobów wyrażania w standardach, a także elementów projektowania i implementowania protokołów sygnalizacyjnych
Weryfikacja: kolokwia 1..4, egzamin, ćwiczenia 1..4
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W05, K_W08, K_W12, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG, III.P6S_WG.o
Charakterystyka PKC1-W3
Zna ogólną budowę elementów sieci i aparatów końcowych oraz zadania i zasady działania ich podstawowych wewnętrznych części (obwodów, podsystemów), w tym - pól komutacyjnych
Weryfikacja: kolokwium 1, 2, 3, egzamin, ćwiczenie 1, 2, 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W04, K_W05, K_W08, K_W11, K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka PKC1-W4
Ma podstawową wiedzę na temat zjawisk obsługi masowej
Weryfikacja: kolokwium 3, egzamin, ćwiczenie 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka PKC1-W5
Zna ogólną ideę i sposób prowadzenia działań eksploatacyjnych i utrzymaniowych węzła komutacyjnego
Weryfikacja: kolokwium 2 i 4, egzamin, ćwiczenie 2c i 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W11, K_W12, K_W13, K_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka PKC1-U1
Potrafi krytycznie odnieść sposób realizacji usług w sieciach z komutacją łączy do zasad i technik stosowanych w systemach telekomunikacyjnych innych typów
Weryfikacja: kolokwium 2 i 3, egzamin, ćwiczenie 2b i 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U08
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o
Charakterystyka PKC1-U2
Potrafi rozpoznać i zaklasyfikować elementy syntaktyczne i proceduralne protokołów sygnalizacyjnych oraz zinterpretować przebiegi sygnalizacji abonenckiej i międzycentralowej PSTN/ISDN w typowych scenariuszach realizacji usług
Weryfikacja: kolokwium 1 i 2, egzamin, ćwiczenie 1a, 2a, 2c
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U10, K_U14
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka PKC1-U3
Potrafi wyrazić matematycznie podstawowe prawa rządzące zjawiskami obsługi masowej oraz wykorzystać te prawa w prostych zadaniach projektowania (wymiarowania) sieci łączy, z uwzględnieniem aspektu ekonomicznego
Weryfikacja: kolokwium 3, egzamin, ćwiczenie 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U06, K_U09, K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.4.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka PKC1-K1
Potrafi pracować indywidualnie i w zespole
Weryfikacja: kolokwia, egzamin, laboratoria
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K03, K_K06
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_KO