Telekomunikacije broj 8 by MaxNova Creative

UVODnA ReČ SADRŽAJ

Uvodna reč urednika se bavi mobilnim telefonom kao izvorom digitalnih dokaza istovremeno daje i pregled posebnih alata za prikupljanje i obezbeđivanje tih dokaza.

Poštovani čitaoci,

Ovaj broj našeg časopisa posvećen je novim tehničko-tehnološkim dostignućima i Jedna od tema kojima se bavi ovaj broj je primena DWDM sistema za rešavanje potrebe razvoju u telekomunikacijama, ali i proizvodnim inovacijama u ovoj oblasti. za što većim brzinama i propusnom moći u prenosu podataka optičkim kablovima. U Data centar mobilnog telekomunikacionog sistema predstavlja izuzetno značajan ovom broju ćete naći i analizu standarda Ieee 802.11n-2009 koji omogućava bežično segment za funkcionisanje mreže. Stručnjaci kompanije Telenor prikazali su svoj povezivanje računara i drugih uređaja u okviru lAn mreža. Interesantan je i originalan upravo završeni centar, koji predstavlja primer tehnološki najsavremenijeg rešenja. U rezultat primene algoritma za detekciju ivica slike, koja predstavlja jedan od osnovnih data centar su uložena značajna sredstva, a važno je naglasiti da su u projektovanju i koraka u sistemima za kontrolu i upravljanje procesima. izvođenju učestvovali i domaći stručnjaci zaposleni u Telenoru. Predlog za modifikaciju postojećih TDM komutacionih sistema i njihovo pretvaranje u Pravilnik o elektromagnetskoj kompatibilnosti, koji stupa na snagu početkom IP uređaje za pristup, umesto kompletne zamene novim uređajima, dat je na primeru sledeće godine, obavezuje proizvođače električnih i elektronskih uređaja u Srbiji konkretne modifikacije komutacionog sistema DKTS. Tehnološka inovacija inženjera da obezbede usaglašenost proizvoda sa svim bitnim elementima harmonizovanih fabrike „Kablovi“ iz Jagodine predstavlja važan proizvodni rezultat domaće industrije u standarda eU. Rad koji govori o Projektu eMc Serbia daje kratak pregled izradi savremenih kablova za mreže za pristup. projektom predviđenih aktivnosti. glavni i odgovorni urednik Prof. dr Jovan Radunović Digitalna forenzika mobilnih telefona ima veliki značaj u borbi protiv kriminala i terorizma, zahvaljujući široko rasprostranjenoj upotrebi mobilnih telefona i njihovim mogućnostima prikupljanja i čuvanja velikih količina raznorodnih podataka. Rad koji

Sadržaj TelenOROV DATA cenTAR

PRIMeR KORIŠćenJA SOfTVeRSKOg PAKeTA zA MODelOVAnJe I AnAlIzU DWDM SISTeMA

Tatjana Perović Valentin Petrov Biljana Šaponjić

Miodrag Jelić doc. dr Miloš Slankamenac Dragan Stupar Jovan Bajić prof. dr Miloš Živanov

eMc SeRBIA: PROJeKAT IzgRADnJe InfRASTRUKTURe zA TeSTIRAnJe I PODIzAnJe nIVOA KVAlITeTA PROIzVODA U OBlASTI eleKTROMAgneTSKe KOMPATIBIlnOSTI

UnAPReÐenJe TeleKOMUnIKAcIOne MReŽe PReTVARAnJeM TDM KOMUTAcIOnIH SISTeMA U IP PRISTUPne UReÐAJe

STAnDARD 802.11n - I DeO: RAzVOJ, KARAKTeRISTIKe I UnAPReÐenJA KOJe DOnOSI

DIgITAlnA fORenzIKA MOBIlnIH TelefOnA zA POTReBe KRIVIČnOg POSTUPKA

PeRfORMAnSe DeTeKTORA IVIcA BAzIRAnOg nA MnOŽenJU WAVeleT KOefIcIJenATA

DSl-KABlOVI Iz fABRIKe KABlOVA fKS – TKl JAgODInA: RAzVOJ, PROIzVODnJA I SeRTIfIKAcIJA

goran zdravković Milan D. Milošević

mr Tomislav Šuh Ivan Vidaković

Dejan nemec

nikola nenadić akademik Antonije Ðorđević

naslov: TeleKOMUnIKAcIJe, stručno-naučni časopis Republičke agencije za elektronske komunikacije www.telekomunikacije.rs glavni i odgovorni urednik: prof. dr Jovan Radunović Redakcija: prof. dr Miroslav Dukić, prof. dr Vladanka Aćimović-Raspopović, prof. dr zoran Arsić, prof. dr Vlade Milićević, doc. dr Milan Janković, prof. dr Borislav Odadžić, dr Milenko cvetinović, dr Dušan Jokanović, dr Vladica Tintor, dr ljiljana Matavulj lektori: zorana nedić, Aleksandra Stefanović, Maja Belanov

mr Igor Vuković

mr Marko Barjaktarović

Izdavač: Republička agencija za elektronske komunikacije (RATel) Višnjićeva 8, 11000 Beograd, Republika Srbija Kontakt centar i fax: +381 11 3242 673 www.ratel.rs Dizajn i priprema za štampu: Maxnova d.o.o. Takovska 45/6, 11000 Beograd, Srbija Štamparija: PARAgOn, zlatiborska 32b; 11080 zemun, Srbija ISSn broj: 1820-7782

cIP – Katalogizacija u publikaciji narodne biblioteke Srbije cOBISS.SR-ID 147866124 copyright © 2011 RATel zabranjeno je preuzimanje i objavljivanje radova objavljenih u časopisu bez saglasnosti izdavača. Sva prava zadržana. Tiraž: 1000 primeraka 8. broj Beograd, novembar 2011.

Tatjana Perović Valentin Petrov Biljana Šaponjić

Telenorov data centar SADRŽAJ U radu je dat opis Telenorovog data centra u Beogradu, kao jednog od najbitnijih infrastrukturnih objekata u okviru Telenorove mreže. Izgradnjom savremenog data centra obezbeđena je baza za pružanje Telenorovih operativnih i poslovnih servisa u skladu sa najvišim industrijskim standardima.

1. UVOD 1.1. Tier standardi Tier klasifikacija data centara odnosi se na opis infrastrukture data centara po nivoima, sa ciljem održavanja određenog nivoa operativnosti celokupnog data centra. Karakteristike pojedinih sistema ili podsistema data centra samo su deo ukupne slike Tier standardizacije data centra. Za svaki od podsistema se definiše redundantnost i vreme ispravnog rada kako bi se ispunili specifični Tier zahtevi raspoloživosti. Ocena data centra daje se 2

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Telenorov data centar

Slika 1. Prikaz Tier klasifikacije data centara

na osnovu ocene najslabijeg podsistema koji utiče na raspoloživost celokupnog data centra. Prikaz nivoa standardizacije dat je na Slici 1. Tier 1 data centar ne može da obezbedi neometan rad IT opreme smeštene u data centru u slučaju planiranih radova na infrastrukturi, odnosno da bi se izveli planirani radovi, neophodno je gašenje većine ili svih podsistema koji čine infrastrukturu data centra. Neplanirani radovi ili otkaz pojedinih podsistema infrastrukture za direktnu posledicu imaju prekid rada IT opreme. Tier 2 data centar može da obezbedi neometan rad IT opreme smeštene u data centru prilikom izvođenja planiranih radova na infrastrukturi data centra (osim ako se radovi ne izvode na samom izvoru napajanja), dok neplanirani radovi ili otkaz pojedinih podsistema infrastrukture mogu prouzrokovati prekid rada IT opreme, smeštene u data centru. Infrastruktura Tier 3 data centra izvedena je tako da je obezbeđena potpuna redundantnost sistema napajanja električnom energijom i sistema hlađenja,

Tabela 1. Pregled osnovnih zahteva Tier standardizacije

Tier 1

Tier 2

Tier 3

Tier 4

Broj aktivnih podsistema

n+1

n (nakon bilo kog prekida)

Izvori/grane napajanja

1 aktivan i 1 redundantan

2 istovremeno aktivna

Održavanje podsistema bez uticaja na funkcionalnost sistema u celini

Tolerancija na prekide

fizički potpuno odvojeni podsistemi

odnosno tako da omogućava da IT oprema bude istovremeno priključena na redundantne podsisteme, pa da je moguće neometano izvoditi planirane radove na jednom podsistemu, bez uticaja na operativnost IT opreme koju opslužuje redundantni podsistem. Standard podrazumeva da je uvek aktivan samo jedan podsistem. Tier 4 data centri imaju višestruke, fizički izolovane podsisteme koji omogućavaju potpunu redundantnost na nivou napajanja i sistema hlađenja. Moguće je simultano koristiti sve podsisteme koji rade u konfiguraciji od najmanje N+1.

Pregled Tier nivoa tj. zahteva koje određeni nivoi treba da ispunjavaju dat je u Tabeli 1. Neki od tipičnih parametara koji se mere i koriste za klasifikaciju data centara dati su u Tabeli 2.

1.2. TIA 942 (Telecommunication Industry Association) i ASHRe standardi TIA 942 standard sadrži preporuke koje se odnose na dizajn prostora namenjenog za data centar, strukturno kabliranje, usklađivanje sa Tier standardima i okruženje. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Tabela 2. Pregled tipičnih parametara koji se koriste za Tier klasifikaciju data centara

Tier 1

Tier 2

Tier 3

Tier 4

Tip objekta

Deljen prostor

zaseban namenski građen objekat

Raspoloživost za kritična opterećenja

100% n

90% n

nosivost poda (kg/m2)

415

491

737

737+

napon javne distributivne mreže (tipično)

3x400/230V

10 (20) kV

Kritične tačke prekida (Single Points of Failure)

Puno + ljudska greška

Poneka + ljudska greška

nema + ePO (Emergency Power Off)

godišnji prekid rada IT opreme

28,8 sati

22,0 sati

1,6 sati

0,8 sati

Tipična raspoloživost data centra

99,67%

99,75%

99,98%

99,99%

Očekivano vreme izgradnje (meseci)

3-6

15-20

ASHRE (American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers) je internacionalno udruženje inženjera iz oblasti klimatizacije, grejanja i hlađenja (KGH) sa misijom da unapređuje naučni rad, projektovanje i izvođenje u toj oblasti. Jedna od delatnosti je i izdavanje tehničkih preporuka i standarda iz oblasti KGH.

2. KARAKTeRISTIKe OBJeKTA TelenOROVOg DATA cenTRA Objekat je P+3, ukupne površine 2600 m2, sa prostorom za utovar i istovar opreme, teretnim liftom nosivosti 2500 kg i namenskim parkingom za vozilo za dolivanje goriva. Klasifikovan je kao objekat kategorije I, za VIII seizmičku zonu po MCS (Mer4

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

calli-Cancani-Sieberg) skali. Kota prizemlja objekta (±0,00=76,93 mnv) je za 13 cm-15 cm viša od kote terena (76,60-76,80 mnv), pri čemu je maksimalni nivo podzemne vode (stogodišnja voda) na koti 74,00 mnv. Objekat obezbeđuje redundansu od najmanje N+1 za sve sisteme: električne, mehaničke i infrastrukturu telekomunikacionog povezivanja. U prizemlju objekta

Slika 2. IT sale Telenora

smešteni su podsistemi napajanja električnom energijom i to trafo-stanice 10/0,4 kV, UPS podsistemi sa baterijskom rezervom i podsistemi za gašenje požara, svaki u zasebnoj prostoriji. Prvi i drugi sprat objekta namenjeni su smeštaju IT i telekomunikacione opreme, dok su na trećem spratu smešteni podsistemi za hlađenje. Prostorije za smeštaj opreme (I i II sprat) poseduju dupli antistatički pod, nosivosti od 1500 kg/m2 (350 kg koncentrisanog tačkastog opterećenja), protivprovalna vrata (klase WK2 i WK4) širine 1,70 m i visine 2,60 m, zidove vatrootpornosti F90. U objektu nema spuštenog plafona. Prosečna visina prostorija od kote duplog poda do plafona je 4,24 m. Visina konstrukcije duplog poda je 65 cm. U skladu sa specifikacijama Tier3 standarda, izvršeno je strukturno kabliranje na nivou čitavog objekta, što znači da se energetski i telekomunikacioni kablovi ne ukrštaju ni na jednom nivou. Elektroenergetske instalacije položene su u prostoru duplog poda, a telekomunikacione po kablovskim nosačima u prostoru iznad opreme. Vertikalne trase svih instalacija su unapred definisane u okviru vertikalnih kablovskih kanala. Kanali su trodelni prema vrstama instalacija (energetske, telekomunikacione i instalacije koje sadrže vodu i vazduh) i dualni, tj. redundantni (A i B grana).

Telenorov data centar

3. SISTeMI nAPAJAnJA eleKTRIČnOM eneRgIJOM Telenorov data centar je direktno povezan na gradsku elektro-energetsku mrežu preko dve različite trafo-stanice tipa 110/10 kV, pomoću dve nezavisne grane za napajanje od kojih je svaka kapaciteta 10 kV i 3,5 MW. Trase podzemnih vodova od 10 kV su potpuno fizički razdvojene. Koriste se suvi transformatori tipa 10/0,4 kV u redundansi N+1. Sistemi napajanja električnom energijom projektovani su tako da je moguće održavanje jedne od grana napajanja bez uticaja na funkcionalnost sistema u celini. Dizel generatori sa podzemnim sezonskim rezervoarima obezbeđuju kontinuirano napajanje data centra u trajanju od 72 h, pri punom kapacitetu, a bez dolivanja goriva. Generatori se automatski startuju pri prekidu osnovnog elektroenergetskog napajanja. Kapacitet generatora pokriva sva kritična opterećenja celokupnog data centra, pri čemu je obezbeđena minimalna redundantnost sistema od N+1. UPS sistem se sastoji iz dva nezavisna UPS podsistema (2N) 3x400/230 V AC, 50 Hz (grana A i grana B) sa autonomijom rada od 15 minuta pri punom projektovanom opterećenju data centra. Potrošnja električne energije meri se na ulazu u svaki rek u kome je preko uređaja PDU (Power Distribution Unit) obezbeđen dovod električne energije sa grana napajanja A i B (puna redundansa). Tipičan uređaj PDU sadrži priključnice 18xIEC C13 (10 A) i 4xIEC C19 (16 A). Snaga i

Slika 3. UPS sistemi Telenora

potrošnja energije za odabrani rek ili grupu rekova nadzire se i kontroliše kroz centralni sistem za nadzor. U cilju obezbeđenja visoke raspoloživosti napajanja, Telenor sprovodi redovna testiranja sistema električnog napajanja.

3.1. Bezbednost Telenorovog data centra Kontrola fizičkog pristupa opremi korisnika sprovodi se preko odgovarajućih bezbednosno-sigurnosnih sistema, pri čemu je obezbeđena višestruka mehaničko-elektronska kontrola ulaska u objekat i soba sa opremom. Objekat je obezbeđen sigurnosnom ogradom, uz potpuno kontrolisani pristup ulazu koji je opremljen dvadesetčetvoročasovnim sistemom video nadzora i uz stalno prisustvo fizičkog obezbeđenja. Kontrola pristupa prostorijama u data centru sprovedena je u skladu sa unapred dodeljenim korisničkim pravima pristupa i bezbednosnim procedurama koje podrazumevaju i autentifikaciju preko PIN kodova i čitača ID kartica, koji su instalirani na svim vratima u data centru.

4. SISTeMI KlIMATIzAcIJe Redundantnost sistema hlađenja Telenorovog data centra obezbeđena je u konfiguraciji N+1, na nivou spoljnih i unutrašnjih jedinica. Spoljne rashladne jedinice (vazduhom hlađeni čileri) smeštene su na krovu objekta. Prostorije su opremljene unutrašnjim CRAC jedinicama (Computer Room Air Conditioner). Cevovod je dualni (A i B grana), što omogućava održavanje bez uticaja na funkcionalnost sistema u celini i bez pogoršanja uslova hlađenja u data centru. Radna temperatura u data centru je između 20°C i 26°C. Vlažnost vazduha je od 30 do 70%. Centralni sistem za nadzor i upravljanje (BMS) omogućava stalno praćenje temperature i vlažnosti vazduha za svaku od soba s opremom. U BMS su integrisani signali sa sledećih sistema: elektroenergetskog, KGH, detekcije, dojave i gašenja požara. Svi alarmi i statusi na BMS sistemu se neprekidno prate (24 h/7 dana) iz Telenorovog operativnog centra za nadzor mreže (CNOC). TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

5. PROTIVPOŽARnA zAŠTITA 5.1. Protivpožarna zaštita Sistem za detekciju i rano otkrivanje požara u Telenorovom data centru koristi najsavremenije laserske detektore za rano otkrivanje dima (VESDA) koji obezbeđuju rano upozorenje o promenama u bilo kom delu data centra. Suzbijanje požara u Telenorovom data centru vrši se gasnim sistemom za suzbijanje požara IG-55, koji funkcioniše po principu naglog smanjenja nivoa kiseonika u vazduhu po zonama, i to do nivoa koji onemogućava dalje širenje požara.

6. zAKlJUČAK Realizacijom projekta izgradnje Telenorovog data centra ispunjeni su zahtevi u pogledu kvaliteta usluga (QoS) i zahtevi, kako Telenorovih sopstvenih servisa, tako i korisnika Telenorovih usluga telehausinga u data centru, koji se odnose na visoku raspoloživost. Otvaranje data centra visokih tehničkih performansi, kakav je ovaj, doprinosi daljem razvoju ne samo srpske IT industrije, već i u regionu.

Slika 4. Sistemi protivpožarne zaštite Telenora

Smeštaj opreme u Telenorovom data centru podrazumeva garancije kvaliteta u smislu obezbeđenja neprekidnog energetskog napajanja, praćenje i kontrolu mikroklimatskih uslova u realnom vremenu, kao i konstantnog nadzora opreme i izveštavanja preko jedinstvenog BMS-a i veb portala. Telenorov Tier 3 data centar je namenjen svima kojima su potrebne usluge telehausinga. To u praksi znači da

su korisnici usluga ovog centra velike kompanije sa rastućim potrebama za IT, finansijske institucije, internet provajderi, ali i svi oni kojima je dostupnost usluga kao i bezbednost opreme i IT sistema od velike poslovne važnosti. Telenorov data centar je napravljen kako bi ispunio potrebe kompanija za brzim i sigurnim IT operacijama bez velikih ulaganja u sopstvenu (telekomunikacionu i ostalu) infrastrukturu.

literatura [1] Projekat Telenorove tehničke zgrade – „Main Technical Building (THQ -Technical Headquarter)“, 15.01.2007. - 07.12.2009. [2] Data Center Site Infrastructure Tier Standard – Topology preuzeto sa http://uptimeinstitute.com/ [3] TIA 942 – Data centers standards overview preuzeto sa http://www.adc.com

Autori Tatjana Perović je diplomirala na Odseku za konstrukcije Građevinskog fakulteta u Beogradu 1992. godine. Zaposlena je u Telenoru Srbija od 2006. godine, gde od 2007. rukovodi projektima izgradnje, razvoja i održavanja Telenorove tehničke zgrade. Valentin Petrov je diplomirao na Odseku za energetiku Elektrotehničkog fakultetu u Beogradu 1995. godine. Na projektu izgradnje Telenorovog data centra učestvovao je kao Discipline Manager Electrical, obavljajući investitorski nadzor tokom projektovanja i izvođenja elektroenergetskih instalacija. Iskustva u telekomunikacijama stiče od 2000. godine. Zaposlen je u Telenoru Srbija od 2006. godine. Biljana Šaponjić je diplomirala na Odseku za poštanski saobraćaj i mreže Saobraćajnog fakulteta u Beogradu 2003. godine. Zaposlena je u Telenoru Srbija od 2008. godine na poziciji Wholesale Account Manager. Angažovana je na poslovima razvoja telehausing servisa u Telenorovom data centru.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Miodrag Jelić Miloš Slankamenac Dragan Stupar Jovan Bajić Miloš Živanov

Primer korišćenja softverskog paketa za modelovanje i analizu DWDM sistema SADRŽAJ Potreba za što većim brzinama i propusnom moći u prenosu podataka optičkim kablovima svakodnevno raste. Napretkom optoelektronike i telekomunikacija došlo se do jednog od efikasnih rešenja – WDM (Wavelength Division Multiplexing) tehnologije. Dobra strana WDM sistema prenosa je mogućnost iskorišćenja već postojećih mreža optičkih kablova radi povećanja propusnog opsega. WDM sistemi se zasnivaju na multipleksiranju signala po talasnim dužinama, čime se postiže prenos više signala istim optičkim kablom, ali na različitim talasnim dužinama. Kako složenost mreža raste, i dizajn i analiza postaju vrlo složeni i vremenski zahtevni procesi. Međutim, korišćenje naprednih programskih alata omogućava temeljno i efikasno obavljanje ovih operacija. U radu je dat pregled mogućnosti vodećih softverskih paketa iz ove oblasti. Prikazan je i jedan primer simulacije DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) sistema u OptiSystem softverskom paketu. TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

1. UVOD Optičke mreže bazirane na multipleksiranju po talasnim dužinama (WDM), smatraju se jednom od veoma obećavajućih solucija za realizaciju optičkih transportnih mreža izuzetno velikih kapaciteta [1-3]. WDM optička mreža sastoji se od određenog broja čvorova, međusobno povezanih optičkim linkovima, po kojima se ostvaruje prenos optičkih signala na većem broju talasnih dužina po jednom optičkom vlaknu [4-8]. Pojava frekvencijske mreže ITU-T G.694.1, 2002. godine, olakšala je integraciju WDM sistema sa starijim i standardnijim SONET/SDH (Synchronous Optical Networking/ Synchronous Digital Hierarchy) sistemima. WDM talasne dužine su raspoređene na razmacima od tačno 100 GHz (oko 0,8 nm) optičke frekvencije, sa referentnom frekvencijom fiksiranom na 193,1 THz (1.552,52 nm). Glavna mreža talasnih dužina je postavljena unutar pojačavačkog opsega optičkog vlakna, ali može biti proširena na šire propusne opsege. Današnji DWDM sistemi koriste razmake između kanala od 50 GHz, pa čak i 25 GHz, što omogućuje operativnost na čak 160 kanala. DWDM sistemi moraju da održavaju stabilniju talasnu dužinu i frekvenciju nego CWDM sistemi, zbog manjeg razmaka između talasnih dužina. Kod DWDM sistema se zahteva precizna temperaturna kontrola laserskog predajnika, da bi se izbegao pomeraj veoma strmog frekvencijskog prozora reda nekoliko gigaherca. Pri tom, pošto DWDM pruža veći maksimalni kapacitet, koristi se na višem nivou komunikacione hijerarhije nego CWDM, na primer na fizičkoj okosnici Interneta, te se stoga vezuje za veće modulacione brzine, kreirajući manje tržište za DWDM 8

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

uređaje veoma visokog nivoa performansi. Ovi faktori manjeg obima i visokih performansi dovode do toga da su DWDM sistemi obično skuplji od grubih (coarse) WDM (CWDM) sistema. Nedavne inovacije u DWDM transportnim sistemima ogledaju se u priključnim i softverski podesivim primopredajnim modulima, sposobnim da operišu sa 40 do 80 kanala. Ovo dramatično umanjuje potrebu za dodatnim diskretnim priključnim modulima. Danas čitava paleta primopredajnih uređaja može samostalno da rukuje celim opsegom talasnih dužina na koji se primenjuje DWDM modulacija. Sa porastom kapaciteta fiber-optičkog sistema, razmak između kanala multipleksiranih po talasnim dužinama mora da se smanji, da bi se bolje iskoristio ograničeni pojačavački optički opseg. Male širine impulsa i povećana ulazna snaga kod sistema sa ultravisokim bitskim protokom vode do povećanog izobličenja signala, zbog nelinearnosti u prenosnom vlaknu. Osim međukanalnog nelinearnog izobličenja, javlja se i veliko disperziono širenje impulsa, što rezultuje međukanalnim interakcijama i efektima, sa posebnim naglaskom na unakrsnoj faznoj modulaciji (XPM, Cross Phase Modulation) i mešanju četiri talasa (FWM, Four Wave Mixing). XPM je rezultat impulsnih faznih fluktuacija u vremenu, dok efekat FWM generiše nove frekvencijske komponente. FWM efekat može da prouzrokuje izobličenje i gubitak energije kanala, što indukuje preslušavanje u gustom (dense) WDMu (DWDM). Mnoge tehnike se koriste za eliminisanje FWM u DWDM sistemima, kao na primer raspoređivanje kanala na nejednaka rastojanja, PMD disperzija i optička fazna konjugacija.

2. SIMULATORI WDM SISTEMA Razvoj optičkih komunikacionih sistema je skup proces, pa je rekonfiguracija ponekad nemoguća ili nije ekonomična. Zato su neophodni eksperimenti i simulacije da bi se predvidele i optimizovale performanse sistema [9]. Optički komunikacioni sistemi danas podrazumevaju visok stepen složenosti. Postoji rastuća potreba za optimizacijom u različitim slojevima komunikacionog sistema. Na ovaj način, na primer, može biti ispitan uticaj efekata u fizičkom sloju na više slojeve i obrnuto. Takva međuslojna optimizacija je prilično teška za sprovođenje pomoću eksperimenta. Pored toga, laboratorijska oprema je skupa, a komponente u nekim slučajevima nisu dostupne kod prodavaca u toku započinjanja projektovanja. Simulacije nisu pogođene ovim problemima, jer se komponente mogu opisati parametrima ili statističkim svojstvima. Štaviše, sistemi mogu biti predmet istraživanja na različitim nivoima apstrakcije i data je fleksibilnost za optimizaciju pojedinačnih slojeva ili zajedničku optimizaciju komunikacije slojeva. Jedna od mana simulacije sistema je vreme potrebno za izračunavanje, zbog složenosti proračuna. Mnoge komponente i konfiguracije sistema traže numeričko rešenje nelinearnih parcijalnih diferencijalnih jednačina. Što je veća složenost sistema koji se ispituje, više vremena je potrebno za simulaciju. Zato je neophodno da projektant sistema ima na raspolaganju moćan hardver uz simulacioni alat koji koristi efikasne algoritme. Druga važna odlika dobrog projektantskog i simulacionog alata je lakoća upotrebe. Projektant mora da ima pregled sistema kao celine, ali u isto vreme mora da mu bude omogućeno i

Primer korišćenja softverskog paketa za modelovanje i analizu DWDM sistema

fokusiranje na određene delove sistema. Današnji simulacioni paketi imaju grafički korisnički interfejs i pružaju intuitivne biblioteke komponenata. Rastuća potreba za komercijalnim softverima za simulaciju i projektovanje komunikacionih sistema čija kompleksnost brzo raste, dovela je do velikog broja različitih CAD softverskih rešenja koja su sada na raspolaganju. Projektovanje i analiza ovakvih sistema, što uobičajeno uključuje nelinearne uređaje i ne-Gausovske izvore šuma, veoma su složeni i zahtevaju puno vremena. Kao rezultat, ovi zadaci se mogu izvršavati efikasno samo uz pomoć pomenutih naprednih softverskih alata. Većina ovih programa pruža sličnu funkcionalnost i izračunavanja su bazirana na sličnim algoritmima i modelima komponenata. Za analizu WDM sistema treba posebno izdvojiti tri simulaciona programa: OptiSystem [10] kompanije Optiwave, TransmissionMakerWDM [11] kompanije VPISystems i OptSim [12] kompanije RSoft.

2.1. OptiSystem Optisystem je softver za projektovanje optičkih komunikacionih sistema i pojačavača koji omogućava korisnicima da planiraju, testiraju i simuliraju gotovo svaki tip optičkog linka u prenosnom sloju širokog opsega optičkih mreža, od LAN-a, SAN-a, MAN-a pa sve do mreža na velike daljine. Ovaj softver pruža mogućnost projektovanja prenosnih slojeva optičkih komunikacionih sistema i planiranje od nivoa komponenti do nivoa sistema. Takođe, prikazuje i analizu i moguće scenarije događaja. Mogućnosti koje pruža su sveobuhvatno sagledavanje performansi sistema, kao i procena osetljivosti parametara, što olakšava specifikacije tolerancije u projektova-

nju. Osim toga, Optisystem omogućava automatske cikluse i optimizaciju i ima mogućnost da se integriše sa ostalim Optiwave proizvodima i alatima za projektovanje. On takođe sadrži i kvalitetne algoritme izvršenja i bogatu biblioteku komponenata, a poseduje i mogućnost prikazivanja kombinovanih signala, mogućnost hijerarhijske simulacije podsistema i napredne alate za vizuelizovanje. U industriji u kojoj su efikasnost i produktivnost imperativ za postizanje uspeha, OptiSistem je program koji može da minimalizuje zahteve u pogledu vremena i da smanji troškove koji se odnose na projektovanje optičkih sistema, linkova i komponenata. Posebne prednosti ovog softvera su pružanje jednostavnog pristupa opsežnom skupu podataka za karakterizaciju sistema i brza i jeftina izrada prototipa. OptiSistem se koristi za projektovanje WDM/TDM i CATV mreža, SONET/ SDH prstenova, predajnika, kanala, pojačavača i prijemnika, kao i za projektovanje disperzione mape, procenu BER (Bit Error Rate) i sistemskih grešaka sa različitim modelima prijemnika. Jedna od najvažnijih prednosti ovog softvera je jasnoća grafičkog korisničkog interfejsa. Njegova upotreba je veoma intuitivna i podržana je odličnom pomoći onlajn i ostalom dokumentacijom. OptiSystem je ozbiljan softverski paket i veliki broj univerziteta ga koristi u nastavi i istraživanju. Osim toga, mnoge kompanije u industriji optičkih komunikacija se oslanjaju na ovaj softver. Svakako treba naglasiti da postoje i drugi softveri koji su odlični proizvodi i daju uporedive simulacione rezultate. Kao simulator sistemskog nivoa baziran na realističnom modelovanju

fiber-optičkih komunikacionih sistema, OptiSystem sadrži moćno simulaciono okruženje i istinski hijerarhijsku definiciju komponenata i sistema. Robustan grafički korisnički interfejs kontroliše izgled i listu optičkih komponenata, modela komponenata i prezentacionih grafika. Postoji veliki izbor grafika, od jednokoračnih iteracionih krivih do 3D grafika trodimenzionalnih podataka. Izlazni portovi prikazuju vrednosti signala na slici, bilo konstantno (ova opcija može biti uključena ili isključena) bilo samo kada se kursor pozicionira iznad porta. Opsežna biblioteka aktivnih i pasivnih komponenata sadrži realistične parametre zavisne od talasne dužine. Parametarski ciklusi pomažu korisniku da istražuje efekte osobina pojedinog uređaja na performanse sistema. Performanse sistema se predviđaju računanjem BER i Q-faktora koristeći numeričku analizu poluanalitičkih tehnika za sisteme ograničene međusimbolskom interferencijom i šumom. Napredni vizuelizacioni alati iscrtavaju optičke spektre OSA (Optical Spectrum Analysis), osciloskopske vremenske dijagrame i prikazuju dijagrame oka. Alati za WDM analizu izlistavaju snagu signala, pojačanje, šum i odnos signalšum OSNR (Optical Signal to Noise Ratio). Simulacije mogu biti ponovljene sa iteracionom promenom parametara. OptiSystem takođe može da optimizuje bilo koji parametar da bi minimizirao ili maksimizirao rezultat ili tražio ciljani rezultat. Korisnici mogu da kombinuju veliki broj parametarskih ciklusa i veliki broj optimizacija. Na kraju, moguće je generisati izveštaj u HTML ili RTF formatu. Izveštaj sadrži detaljne informacije u vezi sa Optisystem projektnim fajlom. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

2.2. VPITransmissionMakerWDM VPITransmissionMakerWDM je alat za projektovanje novih fotonskih sistema, uključujući linkove i čisto optičke mreže koji sadrži preko 300 prototipnih oblika, uz stalnu mogućnost ažuriranja na Optical Systems forumu. Fotonski i elektronski moduli podržavaju gotovo sve sistemske koncepte. Grafički interfejs dopušta da gotovo svaka topologija bude napravljena i simulirana koristeći režime Sample i Block, jednosmernim ili dvosmernim simulacijama. Napredno predstavljanje velikog broja signala i sofisticirani numerički modeli obezbeđuju brzinu i tačnost. Postoji mogućnost interaktivne simulacije, virtuelnih pomoćnika u projektovanju, simulacionog skriptovanja, importovanja podataka uz automatsku konverziju podataka, kosimulacije unapređene pomoću MATLAB/DLL/Python i snimanja projektovanih procesa. Takođe je podržan i tehnički marketing koji obezbeđuje dinamično okruženje za projektovanje, evaluaciju, demonstraciju i poređenje tehničkih i finansijskih superiornosti rešenja. TransmissionMakerWDM se koristi za poređenje naprednih strategija na DWDM sistemima sa velikom bitskom brzinom prenosa, za razvoj ultradugih pojačavačkih i podmorskih sistema i za odabiranje tehnologija za Metro-WDM i digitalne mreže za pristup, a takođe i za procenu performansi komponenata sistema. Moguće je fino podešavanje konstrukcija linkova korišćenjem virtuelnih pomoćnika u projektovanju za analizu i sintezu, zatim ublaživanje PMD (Polarisation Mode Dispersion) efekata u 40 Gbit/s sistemima korišćenjem kompenzatora i novih modulacionih formata, istraživanje Tbit/s sistema korišćenjem C, L i S frekvencijskih opsega i evaluacija preslušavanja u supergustim WDM metro mrežama. Može se pojednostaviti arhitektura mreže za pristup koristeći OSSB subno10

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

silac multipleksiranih podataka. Moguće je proširivanje prenosnog rastojanja 40 Gbit/s OTDM sistema korišćenjem parcijalne optičke regeneracije, zatim unapređenje fundamentalnih mreža sa ULH 640 x 2.5, 160 x 10, 80 x 40 RZ/CRZ/Soliton sistemima, kao i maksimiziranje kapaciteta vlakna korišćenjem dvosmernog prenosa.

2.3. OptSim OptSim je platforma za modelovanje i simulaciju koja podržava projektovanje i evaluaciju performansi prenosnog sloja optičkih komunikacionih sistema. Primenjuje se za simulaciju i modelovanje DWDM/ CWDM pojačavačkih sistema (npr. EDFA, Raman, hibridnih), FTTx/PON sistema, OTDM/OCDMA sistema, CATV digitalnih i analognih sistema, čisto optičkih mreža, ultradugih zemljanih i podmorskih sistema, solitonskih sistema, optičkih LAN mreža, optičkih interkonekcija i optičkih sistema u vazdušnom prostoru. Prednosti koje pruža ovaj program su virtuelna izrada prototipova optičkih komunikacionih sistema u cilju povećane produktivnosti i skraćenja vremena izrade, zatim optimizacija konstrukcije u cilju poboljšanja performansi i/ili smanjivanje troškova i mogućnost povezivanja sa alatima kao što su MATLAB, Cadence Spectre, Liekki Application Designer i Luna Optical Vector Analyzer. Ovaj softver omogućava kontrolu linkova: raspoređivanje snage, disperzionu mapu, podešavanje oblika impulsa, prethodnu korekciju predajnika i pozicioniranje pojačavača. Takođe, može se očitati i spektralna popunjenost i izvršiti optimizacija snage Ramanovih pojačavača. Moguća je i analiza grešaka u prenosu i procena smetnji (npr. PMD svih redova, samofazna modulacija, unakrsna fazna modulacija, mešanje četiri talasa, modulaciona nestabilnost, efekat stimu-

lisanog Ramanovog rasipanja). Takođe, ovaj softver omogućava projektovanje i proveru rastojanja između kanala, broja podržanih kanala, brzine prenosa, poboljšanja modulacionih tehnika i koherentnih sistema. Podržana je simulacija Monte Karlo za evaluaciju osetljivosti sistema na stohastičke fenomene. Mogu se ispitivati nove modulacione šeme i optimizovati konstrukcije laserskih drajvera. Lako se vrši analiza promena snage prilikom dodavanja i oduzimanja kanala u optičkim pojačavačkim lancima. OptSim ima mogućnost da simulira proizvoljno duge sekvence bitova i to ga čini najpovoljnijim alatom za projektovanje sistema kod kojih je potrebno direktno prebrojavanje grešaka u cilju procene performansi sistema, kao što su sistemi koji koriste digitalne koherentne prijemnike bazirane na FEC, MLSE, EDC i DSP. Matlab interfejs olakšava razvoj korisničkih modela koristeći m-fajl jezik i Simulink okruženje za modelovanje. Moguće je i povezivanje sa laboratorijskom opremom za testiranje različitih proizvođača, kao što je npr. Agilent, u cilju spajanja simulacije sa eksperimentom. Takođe, moguće je i spajanje sa alatima kao što su SPICE, Cadence Virtuoso Spectre i Synopsys HSPICE da bi se izvela mešovita električna i optička simulacija.

3. PRIMER KORIŠĆENJA OPTISYSTEM PAKETA U daljem tekstu će biti prikazani rezutati simulacije modela baziranog na WDM sistemu koji je prikazan na Slici 1. Takođe, biće razmatrana zavisnost kvaliteta prenetog signala od nekih parametara elemenata modela sistema. U fokusu će biti uticaj parametara optičkih kablova [13], optičkih pojačavača signa-

Primer korišćenja softverskog paketa za modelovanje i analizu DWDM sistema

Slika 1. Modelovani WDM sistem

la[14, 15] i bitskog protoka na funkcionalnost WDM sistema. Početni modelovani sistem ima sledeće parametre: • b itski protok od 2,5 Gb/s; • četvorokanalni WDM sistem koji prenosi signale na: 193 THz, 193,1 THz, 193,2 THz i 193,3 THz; • monomodni optički kabl (referentne frekvencije 193 THz); • EDFA (Erbium-doped fiber amplifier – pojačavačko vlakno dopirano erbijumom) radi u režimu kontrole snage (10 dBm); • prenosni deo se sastoji od pet segmenata kabla (od 100 km) i četiri EDFA među njima (koji rade u režimu kontrole snage od 10 dBm), što ukupno ostvaruje prenos na rastojanje od 500 km.

pomenu da je prikazana zavisnost u 40 iteracija (menjanjem dužine segmenata optičkih kablova od 50 do 110 km, jer se tu očekuje prelomna tačka, odnosno dužina segmenta kabla do koje je prenos dovoljno kvalitetan, a u isto vreme i pristupačan). Kako optičko pojačanje ne bi uticalo na izbor dužine segmenta, koristi se idealni EDFA pojačavač koji je korišćen i u modelu WDM sistema. Osim toga, da bi celokupna dužina prenosnog dela bila ista, ili bar slična u

ovom slučaju, za svaku iteraciju dužine segmenta optičkog kabla postavljena je odgovarajuća vrednost za broj iteracija u prenosnom delu (Loop Control). Ostali parametri sistema u ovom odeljku ostali su nepromenjeni. Za referentnu meru kvaliteta prenosa koristiće se minimalne BER vrednosti snage signala i šuma na kraju prenosa. Zavisnosti ovih vrednosti od dužine segmenta optičkog kabla date su na Slici 2.

3.1. Kvalitet prenosa signala u zavisnosti od dužine segmenta optičkog kabla U ovom delu rada prikazana je zavisnost kvaliteta prenosa signala od dužine optičkog kabla. Korišćen je postojeći model WDM sistema uz na-

Slika 2. BER snage signala i šuma na kraju prenosa u zavisnosti od dužine segmenta

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Na Slici 3. dati su dijagrami oka za neke od dužina kabla kako bi se stekao „osećaj“ o kvalitetu prenosa. Zatvorene krive predstavljaju sektore BER vrednosti od 10-12 do 10-8. Sa Slika 2. i 3. može se zaključiti da za ovaj WDM sistem preporučena dužina

segmenta za koju se dobijaju dovoljno dobri rezultati iznosi od 90 do 94 km. Kod dužih segmenata i BER i snaga signala su lošiji, a kod kraćih se dobija na snazi signala. Ipak s obzirom na to da je za kraće segmente potreban i veći broj EDFA pojačavača, i cena prenosa u tom slučaju raste.

3.2. Kvalitet prenosa signala u zavisnosti od dužine eDfA U ovom delu rada biće prikazana zavisnost kvaliteta prenosa signala od dužine EDFA. Kao što je spomenuto, EDFA je zapravo optički kabl dopiran erbijumom. Dakle, kao što se može i pretpostaviti - od dužine segmenta EDFA zavisi i pojačanje. U ovom delu koristi se postojeći WDM sistem uz sledeću izmenu: umesto idealnog EDFA od 10 dBm koristi se već parametrizovani EDFA, a parametar koji se posmatra je upravo dužina EDFA segmenta. Što se tiče dužine optičkog kabla, koristiće se segment od 90 km. S obzirom na to da je dužina EDFA u metrima, to neće mnogo uticati na celokupnu dužinu prenosnog dela WDM sistema, tako da je broj iteracija za Loop Control postavljen na 4. Na Slici 5. dati su dijagrami oka za neke od dužina EDFA kako bi se dobio „osećaj“ o kvalitetu prenosa. Zatvorene krive predstavljaju sektore BER vrednosti od 10-12 do 10-8. Sa Slika 4. i 5. može se zaključiti da je za WDM sistem preporučena dužina EDFA za koju se dobijaju prihvatljivi rezultati od oko 2,5 m sa stanovišta BER, a ako se posmatra i snaga signala mogla bi se koristiti dužina i do 4 m. Preko 4 m kvalitet prenosa (sa stanovišta BER) opada, dok snaga vrlo malo raste. Treba napomenuti da EDFA korišćen u ovom primeru ima standardnu vrednost snage pumpanja od 20 dBm na talasnoj dužini 980 nm, sa pumpanjem unapred.

3.3. PMD (Polarization Mode Dispersion)

Slika 3. Dijagram oka za dužine segmenta od 60, 80, 90, 96, 100 i 105 km, respektivno

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Jedan od efekata koji veoma utiče na domet optičkog prenosa pri velikim bitskim protocima je polarizaciona disperzija ili PMD (Polarization Mode

Primer korišćenja softverskog paketa za modelovanje i analizu DWDM sistema

Slika 4. Vrednosti BER i snage signala i šuma na kraju prenosa u zavisnosti od dužine EDFA

Dispersion)[16]. Ovaj problem postaje sve aktuelniji, jer pri nižim bitskim protocima nije uticao na prenos. Sa porastom bitskog protoka uticaj PMD eksponencijalno raste. Svetlost je elektromagnetni talas, te se impuls sastoji od dve komponente u polarizovanim ravnima. Dok se svetlost prostire kroz sredinu, u ovom slučaju optičko vlakno, ona je u konstantnoj interakciji sa njom. Ovo dovodi do stanja u kome dve komponente impulsa više nisu jednake po intezitetu i smeru, i javlja se PMD. Na Slici 6. prikazane su nepravilnosti vlakna usled kojih dolazi do disperzije. Na Slici 7. prikazan je uticaj PMD. Kao što se vidi, dolazi do kašnjenja jedne komponente impulsa u odnosu na drugu. Dakle, što je prenos duži, impuls postaje širi a intezitet mu slabi, tako da pri prijemu dolazi do preklapanja. Ako se uzme u obzir da je pri većim bitskim protocima razmak među impulsima proporcionalno manji, jasno je da za veće brzine uticaj PMD postaje bitan ograničavajući faktor pri projektovanju sistema.

3.4. Kvalitet prenosa signala u zavisnosti od bitskog protoka U ovom delu rada biće obrađena zavisnost kvaliteta prenosa od bitskog protoka. Koristiće se početni WDM sistem sa sledećom izmenom: dužina segmenta optičkog kabla će biti 90 km, a dužina EDFA 2,5 m, za koju je pokazano da je optimalna.

Slika 5. Dijagram oka za dužine EDFA od 1,62, 1,83, 2,24, 2,45, 3,50 i 4,10 m respektivno

Uticaj disperzije biće prikazan pomoću dijagrama oka i minimalne BER vrednosti koja će dati okvirnu sliku o kvalitetu prenosa, kao i oblikom samih signala pre i posle prenosa. Signali se posmatraju osciloskopom, i to na NRZ generatoru, odnosno pre predaje signaTeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Slika 6. Nepravilnosti optičkog vlakna usled kojih dolazi do disperzije

Slika 7. Uticaj PMD Tabela 1. Vrednosti BER za određene bitske protoke

protok (gb/s)

min BeR

protok (gb/s)

min BeR

2,03866 x 10-82

1,75

2,38886 x 10-55

2,5

1,51621 x 10-29

3,25

1,03102 x 10-20

1,00602 x 10-12

4,5

1,37471 x 10-6

0,00018329

5,5

0,0109036

la, i na izlazu Beselovog filtra, odnosno na prijemu signala. Urađene su simulacije za 1, 1,75, 2,5, 3,25, 4, 4,5, 5, 5,5 i 6 Gb/s. U Tabeli 1. date su minimalne vrednosti BER za neke od obrađenih bitskih protoka. Sa njih se vidi da je za ovaj sistem maksimalni bitski protok, za koji bi sistem radio optimalno i sa prihvatljivim BER, 4 Gb/s. 14

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Na Slici 8. dat je deo ulaznog signala koji je u svim simulacijama isti (umesto pseudoslučajnog generatora signala korišćen je generator čiju sekvencu određuje korisnik) i izlazni signali za neke od obrađenih bitskih protoka. Sa ovih slika se takođe vidi ono što je i zaključeno uz pomoć vrednosti iz Tabele 1, a to je da kvalitet signala u simulacijama

modela sa bitskim brzinama većim od 4 Gb/s značajno opada. Na Slici 9. dati su dijagrami oka za neke od vrednosti bitskih protoka kako bi se stekao “osećaj” o kvalitetu prenosa signala. Zatvorene krive predstavljaju sektore BER vrednosti od 10 -12 do 10 -8.

Primer korišćenja softverskog paketa za modelovanje i analizu DWDM sistema

Slika 8. Ulazni signal i izlazni signali za 1, 2,5, 4, 5 i 6 Gb/s, respektivno

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Slika 9. Dijagram oka za bitske vrednosti od 1, 2,5, 3,25, 4, 5 i 6 Gb/s, respektivno

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Primer korišćenja softverskog paketa za modelovanje i analizu DWDM sistema

4. zAKlJUČAK Projektovanje i analiza optičkih sistema su veoma složeni procesi i zahtevaju puno vremena. Napredni softverski alati doprinose efikasnijoj realizaciji tih zadataka. Iz priloženog pregleda se može videti da svaki od opisanih programa pruža sličnu funkcionalnost, a proračuni su bazirani na sličnim algoritmima i modelima komponenata. Ipak, svaki od ovih programa ima posebne softverske dodatke koji mogu pomoći u odabiru pravog softvera za specifičnu namenu.

Pokazane su i konkretne mogućnosti softverskog paketa firme Optiwave u vidu rešavanja nekoliko tipičnih problema u analizi optičkih komunikacionih sistema. Analizom modelovanog WDM sistema u programskom paketu OptiSystem može se zaključiti da je prenos optičkih signala osetljiv i složen proces. Zaključeno je da dužina EDFA veća od 4 m negativno utiče na kvalitet prenosa, odnosno da se povećava BER. Pokazano je da pri brzinama prenosa većim od 4 Gb/s PMD ima veliki uticaj, odnosno dolazi do pada kvaliteta signala. Odabirom odgovarajućih parametara WDM sistema može se sačuvati kvalitet prenosa signala visokih bitskih protoka na velike daljine.

zahvalnica Ovaj rad je finansijski podržan od strane Ministarstva za nauku Republike Srbije u okviru projekata „Razvoj metoda, senzora i sistema za praćenje kvaliteta vode, vazduha i zemljišta” pod brojem III43008 i „Optoelektronski nanodimenzioni sistemi – put ka primeni” III45003.

literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

G. P. Agrawal, "Fiber-Optic Communication Systems," 3rd ed. New Jersey: Wiley, 2002. A. Dutta, N. Dutta, and M. Fujiwara, "WDM Technologies: Optical Networks," 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2004. A. B. Carlson, "Communication Systems," 4th ed. New York: McGraw Hill, 2002. C. DeCusatis, "Handbook of Fiber Optic Data Communication," 1st ed. Amsterdam: Elsevier, 2002. R. F. Fischer and B. Tadić, "Optical System Design," 1st ed. New York: McGraw-Hill, 2004. G. Keiser, "Optical Communications Essentials", 1st ed. New York: McGraw-Hill, 2003. M. P. Slankamenac, M. B. Živanov, and N. Stojanović, "Optoelectronic Components and Communications," Novi Sad: Faculty of Technical Sciences, Microcomputer Electronics Department, 2010. [8] L. N. Binh, "Digital Optical Communications," Boca Raton, FL: CRC Press, 2009. [9] M. Slankamenac, M. Jugović, N. Stojanović, M. Živanov, and M. Jelić, "Modelovanje i simulacija pasivne optičke mreže," INFOTEH 2011, Jahorina, Federacija B&H, Republika Srpska, vol. 10, pp. 177-180, 2011. [10] Optiwave, "Optiwave Home Page," 2011. [11] VPIphotonics, "VPIphotonics Home Page," 2011. [12] RSoft, "RSoft Home Page," 2011. [13] N. Stojanović, M. Živanov, and M. Slankamenac, "Measurement of optical signals in modern communication," XIV international scientific conference on industrial systems, Novi Sad, Republic of Serbia, pp. 249-252, 2008. [14] D. Cvijović, N. Stojanović, V. Petrović, M. Slankamenac, and M. Živanov, "Ispitivanje karakteristika amorfnog poluprovodničkog stakla dopiranog erbijumom," TELFOR 2009, Beograd, pp. 739-742, 2009. [15] V. Petrovic, N. Stojanovic, M. P. Slankamenac, and S. R. Lukic, "Amplifying Characteristics Er-Doped Chalcogenide Glass," Hemijska Industrija, vol. 64, pp. 183-186, May-Jun 2010. [16] N. Stojanović, M. Jelić, M. Slankamenac, and M. Živanov, "The impacts of temperature on PMD and CD dispersions during high speed optical communications," International Conference on development and application systems, Suceava, Romania, pp. 161-164, 2010.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

Autori Miodrag Jelić (1981) je 2009. godine odbranio diplomski master rad na Fakultetu tehničkih nauka Univerziteta u Novom Sadu. Trenutno je zaposlen kao istraživač pripravnik na Fakultetu tehničkih nauka (FTN). Autor i koautor je više naučnih radova publikovanih na domaćim i međunarodnom konferencijama. Oblasti interesovanja su mu optoelektronika, primenjena fizika, hemija i mikroelektronika. Miloš Slankamenac (1977) diplomirao je 2001, magistrirao 2004. i doktorirao 2010. godine na Fakultetu tehničkih nauka Univerziteta u Novom Sadu. Od oktobra 2001. do februara 2002. bio je stipendista Ministarstva za nauku, tehnologiju i razvoj Republike Srbije na Katedri za elektroniku, Instituta za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Fakulteta tehničkih nauka. Februara 2002. godine zaposlio se na pomenutoj katedri kao asistent pripravnik na određeno vreme, 2005. godine kao asistent na određeno vreme, a od 2011. ima zvanje docenta. Autor je dva praktikuma za studente i jedne monografije. Objavio je oko 100 naučnih radova, od toga 8 u časopisima sa SCI liste. Učesnik je 15 domaćih i međunarodnih projekata. Član je međunarodnog udruženja inženjera elektrotehnike i optoelektronike IEEE (LEOS). Dobitnik je prve nagrade Matice srpske „Mihajlo Pupin”, 15. marta 2005, Tesline nagrade za inženjerska dostignuća u oblasti stvaralaštva mladih u 2007. godini, kao i diplome i nagrade Fakulteta tehničkih nauka za najbolju tehničku inovaciju „Detektor MD-100“ za Dan Fakulteta tehničkih nauka, 18. maja 2007. Dragan Stupar (1986) završio je osnovne akademske (bachelor) studije u junu 2010, a diplomske akademske master studije u septrembru 2010. godine, na Fakultetu tehničih nauka Univerziteta u Novom Sadu. Doktorske akademske studije upisao je na Katedri za elektroniku Fakulteta tehničkih nauka u Novom Sadu. Od januara 2011. zaposlen je kao istraživač pripravnik na Katedri za elektroniku Fakulteta tehničkih nauka, gde je angažovan na dva interdisciplinarna projekta. Autor je više radova na domaćim i međunarodnim skupovima. Oblasti interesovanja su mu primenjena elektronika, optoelektronika i fiberoptički senzori. Jovan Bajić (1986) završio je osnovne akademske (bachelor) studije u oktobru 2009, a diplomske master studije u septrembru 2010. godine, na Fakultetu tehničih nauka Univerziteta u Novom Sadu. Trenutno je zaposlen kao istraživač pripravnik na Fakultetu tehničkih nauka (FTN) Univerziteta u Novom Sadu. Autor i koautor je više naučnih radova publikovanih na domaćim i međunarodnom konferencijama. Oblasti interesovanja su mu primenjena elektronika, optoelektronika i senzorske aplikacije. Dobitnik je godišnje Pupinove nagrade Matice srpske za 2011. godinu, za diplomski master rad „Fiber optički senzori bazirani na promeni intenziteta svetlosti u optičkom vlaknu“. Miloš Živanov (1948) diplomirao je 1973, magistrirao 1978. i doktorirao 1992. godine na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu, na Odseku za tehničku fiziku. Radio je kao nastavnik fizike u Vrbasu 1973. godine. Od 1974. do 1978. god. radio je na Katedri za elektroniku Instituta za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Fakulteta tehničkih nauka Univerziteta u Novom Sadu, kao asistent pripravnik. Od 1978. do 1994. radio je u kompaniji NIS Naftagas kao razvojni inženjer i rukovodilac. Od 1994. radi na Katedri za elektroniku na FTN-u. Od 2004. godine ima zvanje redovnog profesora. Držao je nastavu studentima na više od 15 predmeta. Autor je dva praktikuma i pet udžbenika za studente. Objavio je više od 200 naučnih i stručnih radova, od toga preko 80 u međunarodnim časopisima i na međunarodnim konferencijama, a 11 radova u vodećim međunarodnim časopisima. Učesnik je na više od 20 domaćih i međunarodnih projekata, a više puta je bio i rukovodilac projekata. Član je više društava i organizacija, od kojih su najvažnije: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), ETRAN (član programskog odbora) i DEE – Društvo za energetsku elektroniku u Srbiji ( član predsedništva).

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Nikola Nenadić Antonije Ðorđević

EMC Serbia: Projekat izgradnje infrastrukture za testiranje i podizanje nivoa kvaliteta proizvoda u oblasti elektromagnetske kompatibilnosti1 SADRŽAJ Od 1. januara 2012. godine u Srbiji u potpunosti stupa na snagu Pravilnik o elektromagnetskoj kompatibilnosti, koji obavezuje proizvođače električnih i elektronskih uređaja da obezbede usaglašenost proizvoda sa svim bitnim elementima harmonizovanih standarda Evropske unije. Za većinu proizvođača to znači da će ubuduće morati da izvrše opsežna elektromagnetska ispitivanja svojih proizvoda pre nego što ih iznesu na tržište. Imajući u vidu da u Srbiji ne postoji adekvatna i sveobuhvatna laboratorija za ispitivanja elektromagnetske kompatibilnosti, kao i da naši inženjeri i menadžeri nisu dovoljno upoznati sa problemima iz ove oblasti, konzorcijum institucija iz Srbije konkurisao je i dobio sredstva od Evropske unije za projekat čiji je cilj izgradnja infrastrukture za testiranje i podizanje nivoa obaveštenosti u oblasti elektromagnetske kompatibilnosti. Ovaj rad daje kratak pregled aktivnosti i ciljeva tog projekta.

Projekat EMC Serbia odobren je u okviru programa Regional Socio-Economic Programme II (RSEDP2), finansiranog od strane Evropske unije.

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

1. Elektromagnetska kompatibilnost

za testiranje uređaja ili postrojenja u skladu sa odgovarajućim standardima.

Elektromagnetska kompatibilnost (EMC)2 je osobina uređaja ili sistema da može da radi sa zadovoljavajućim karakteristikama u svom elektromagnetskom okruženju, a da pri tome ne stvara nedozvoljene smetnje drugim uređajima u tom okruženju. Ova definicija podrazumeva dve stvari. Prvo, uređaj poseduje dovoljnu imunost da može da radi uprkos smetnjama koje dolaze iz okruženja. Drugo, uređaj ne sme da emituje smetnje iznad dozvoljenog nivoa, odnosno ne sme da ugrožava rad drugih uređaja u svojoj okolini.

Ukoliko uređaj ili postrojenje ne ispunjava zahteve navedene u Direktivi za EMC, nadležni organi države članice mogu preduzeti odgovarajuće mere koje uključuju zabranu stavljanja datog uređaja u promet i kažnjavanje proizvođača ili distributera. Detalji sprovođenja ove Direktive, način sprovođenja inspekcijskog nadzora i primena kaznenih odredaba u nadležnosti su država-članica.

Praktično sve države sveta zahtevaju da električni i elektronski uređaji (aparati i stalna postrojenja) ispunjavaju stroge zahteve u pogledu EMC, mada ti zahtevi nisu svuda isti. Na jedinstvenom evropskom tržištu, zakonski okvir za ispunjenje uslova u pogledu elektromagnetske kompatibilnosti regulisan je Direktivom za elektromagnetsku kompatibilnost (2004/108/EC) [1], [2], koju su doneli Evropski parlament i Savet 15. decembra 2004. godine. Prema toj direktivi, svi uređaji koji se iznose na jedinstveno evropsko tržište ili stavljaju u pogon moraju da budu usklađeni sa zahtevima harmonizovanih evropskih standarda iz oblasti EMC. Odgovornost za ispunjenje zahteva tih standarda je u potpunosti preneta na proizvođača, koji primenom „dobre inženjerske prakse“, odnosno savesnim projektovanjem, izradom i kontrolom uređaja ili postrojenja treba da obezbedi njihovu elektromagnetsku kompatibilnost. Iz ugla proizvođača, najpouzdaniji način provere da su svi zahtevi harmonizovanih standarda iz oblasti EMC zadovoljeni je testiranje uređaja ili postrojenja od strane odgovarajuće laboratorije za ispitivanje, koja je tehnički i kadrovski opremljena 20

Kao što smo već naglasili, prema Direktivi za EMC, proizvođač uređaja je dužan da obezbedi ispunjenje zahteva EMC, a na osnovu važećih standarda. Proizvođač mora da poseduje odgovarajuću dokumentaciju o tome, kao i da izda Deklaraciju o ispunjavanju uslova EMC. Alternativno, na zahtev proizvođača, a na osnovu dokumentacije koju proizvođač dostavi, potvrdu o ispunjavanju zahteva EMC može izdati odgovarajuće telo za ocenjivanje usaglašenosti koje je imenovano u skladu sa zakonom. Ispunjavanje zahteva elektromagnetske kompatibilnosti u Evropi regulisano je nizom standarda (generičkim standardima, osnovnim standardima i standardima za proizvode, odnosno grupe proizvoda). Svi ti standardi, praktično neizmenjeni, odnedavno važe i u Srbiji, nakon usvajanja Pravilnika o elektromagnetskoj kompatibilnosti [3], [4], koji praktično uvodi odredbe evropske Direktive za EMC u srpsko zakonodavstvo. Oznaka usaglašenosti sa zahtevima Direktive za EMC na evropskom tržištu je dobro poznati „CE znak“, koji na uređaj postavlja proizvođač ili njegov zastupnik. U prelaznom periodu, do priključenja Evropskoj uniji, na tržištu Srbije

Engleski termin je electromagnetic compatibility, pa otuda skraćenica EMC.

će se koristiti Srpski znak usaglašenosti (dobro poznati trougao sa tri slova „A“ u temenima).

2. Iskustva srpske industrije u ispitivanju elektromagnetske kompatibilnosti proizvoda Srbija je 2010. godine prihvatila evropsku direktivu donošenjem Pravilnika o elektromagnetskoj kompatibilnosti, koji u potpunosti stupa na snagu 1. januara 2012. godine. Time će svi proizvođači uređaja biti prinuđeni da svoje proizvode testiraju prema novim, rigoroznijim, srpskim (odnosno evropskim) standardima. Treba napomenuti da je za izvestan broj proizvođača i pre usvajanja Pravilnika bilo neophodno testiranje ispunjavanja zahteva EMC, ne samo po našim dosadašnjim standardima, nego i po standardima koji važe u Evropi, u slučaju plasmana proizvoda na evropsko tržište. U slučajevima izvoza na druga tržišta (kao što su, na primer, američko i japansko), neophodno je testiranje po standardima koji važe za ta tržišta. Ti standardi su slični evropskim, ali ne i isti u svim detaljima. U vezi sa testiranjem zahteva EMC, za firme u Srbiji postoje dva ključna problema. Prvi problem je u tome što rukovodioci i inženjeri nisu dovoljno upoznati sa osobenostima EMC, zahtevima koji se postavljaju pred uređaje, a ponajmanje o metodima projektovanja koji bi efikasno i blagovremeno rešili probleme sa EMC. Drugi problem je da u Srbiji ne postoji nijedna akreditovana laborato-

eMc Serbia: Projekat izgradnje infrastrukture za testiranje i podizanje nivoa kvaliteta proizvoda u oblasti elektromagnetske kompatibilnosti

rija koja može izvršiti većinu potrebnih testiranja EMC. Postoji nekoliko manjih akreditovanih laboratorija koje mogu da rade testiranja ispunjenja samo nekih standarda (na primer, kompatibilnost sa elektroenergetskom mrežom). Dve takve laboratorije se nalaze u okviru Vojske Srbije. Koliko je autorima ovog članka poznato, ne postoji laboratorija za EMC u Srbiji koja u ovom trenutku može ponuditi testiranje nivoa emitovanih radijacionih smetnji, kao ni imunosti na radijacione smetnje. Za takva merenja je potrebna odgovarajuća anehoična soba, koja je veoma skupa i koju u ovom trenutku nema nijedna od laboratorija u bližem okruženju. Interes proizvođača je da sva EMC testiranja, ili bar najveći deo, urade na jednom mestu i u jednoj seansi, kako bi se uštedeli troškovi transporta uređaja i putovanja. Stoga je u velikom broju slučajeva testiranje EMC rađeno, i radi se, u laboratorijama koje su u našem okruženju, kao što je, na primer, Slovenački institut za kvalitet i metrologiju (SIQ) u Ljubljani [5]. Prema verodostojnim podacima, na ta ispitivanja srpska privreda godišnje izdvaja najmanje tri stotine hiljada evra, što predstavlja značajne troškove, odliv deviznih sredstava, ali i gubitak vremena zbog udaljenosti tih laboratorija.

3. PROJeKAT eMc SeRBIA Imajući u vidu navedene teškoće srpske privrede, koje su jasno potvrđene i kvantitativno iskazane u okviru istraživanja stanja na tržištu usluga testiranja EMC u Srbiji koje je sproveo klaster „embedded.rs“, prethodnik klastera „IKT mreža“, identifikovana je potreba za formiranjem odgovarajuće laboratorije za ispitivanje EMC u Srbiji. U cilju obezbeđivanja sredstava za realizaciju

3 4

takvog projekta i njegovog efikasnog sprovođenja, formiran je konzorcijum u sledećem sastavu: • I nstitut „Mihajlo Pupin“ iz Beograda [6], • klaster IKT mreža [7], • Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu [8] i • Regionalni centar za razvoj malih i srednjih preduzeća iz Beograda [9]. Navedeni konzorcijum je uz pomoć Projekta za razvoj konkurentnosti i promociju izvoza3 [10], uspešno konkurisao na javnom pozivu za finansiranje predloga projekata iz pretpristupnih fondova Evropske unije, objavljenom krajem 2010. godine u okviru projekta Regionalni socio-ekonomski program razvoja II4. Osnovni ciljevi zacrtani u predlogu projekta “Building the Serbian Electromagnetic Compatibility quality infrastructure – EMC Serbia” [11], koji je podnet prilikom konkurisanja, jesu: • r ešavanje problema infrastrukture za EMC testiranje proizvoda u Srbiji, • poboljšanje poznavanja EMC zahteva u srpskoj industriji, • razvoj znanja i sposobnosti rešavanja EMC problema u srpskoj industriji i • edukacija iz oblasti EMC u Srbiji. Projekat koji je konzorcijum predložio dobio je podršku Evropske unije. Početkom ove godine odobrena su sredstva za realizaciju projekta. Ukupna vrednost projekta je 1,011,783 €, od čega Evropska unija učestvuje sa 908,679 € nepovratnih sredstava. Predviđeno trajanje projekta je 20 meseci. Prva konkretna aktivnost projekta je formiranje nove i sveobuhvatne laboratorije za testiranja ispunjenosti zahteva EMC,

Support to Enterprise Competitiveness and Export Promotion, SECEP. Regional Socio-Economic Development Programme II, RSEDP2.

koja bi bila vodeća na nacionalnom nivou. Više od polovine ukupnih sredstava odobrenih u okviru projekta namenjeno je nabavci opreme za tu laboratoriju. Druga aktivnost projekta je obučavanje razvojnih inženjera i menadžera u oblasti EMC, edukacija i diseminacija znanja. Obučavanje razvojnih inženjera i menadžera u oblasti EMC biće sprovedeno kroz tri kursa koja će držati poznati svetski konsultant iz oblasti EMC, nezavisno u Nišu, Novom Sadu i Beogradu. Pored održavanja kursa, planirano je uvođenje novog predmeta iz oblasti EMC na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, kao i podizanje baze znanja iz oblasti EMC na veb sajtu klastera „IKT Mreža“. Treća aktivnost je sprovođenje kampanje kojom bi se ukazalo na značaj EMC i potrebe rešavanja EMC problema u industriji, kao i promocija samog projekta.

4. lABORATORIJA zA ISPITIVAnJe eMc Osnovni cilj projekta je uspostavljanje laboratorije za ispitivanje EMC koja treba da bude završena i akreditovana za svoju delatnost do oktobra 2012. godine. Predviđeno je da laboratorija bude posebno pravno lice, kako bi mogla da bude nezavisna u svom radu i da raspolaže ostvarenom dobiti u cilju proširenja i unapređenja usluga za industriju. Prostor za novu laboratoriju obezbediće se adaptacijom postojeće pomoćne zgrade u okviru Instituta „Mihajlo Pupin“, u parku Zvezdara u Beogradu. Ta lokacija je povoljna iz nekoliko razloga. Prvo, planira se da laboratorija pokriva potrebe firmi iz cele Srbije, a pre svega iz tri velika grada u kojima je koncentrisan veliki deo elektronske in21

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

dustrije: Novog Sada, Niša i Beograda. Beograd ima centralan položaj u odnosu na raspored potencijalnih klijenata. Taj položaj omogućava da predstavnici firmi u jednom danu doputuju, obave posao i vrate se u svoje sedište. Drugo, u Beogradu postoji značajan kadrovski potencijal za podršku laboratoriji (na primer, na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu, u Institutu „Mihajlo Pupin“, kao i u institutima posebne namene). Treće, Institut „Mihajlo Pupin“ ima veliki broj stručnjaka i značajan potencijal u opremi, tako da, u slučaju potrebe, može u svakom trenutku da pruži pomoć laboratoriji. Laboratorija će raditi na komercijalnoj osnovi i planirano je da sama sebe izdržava. Osnovna delatnost laboratorije biće ispitivanje ispunjenosti uslova EMC, kako za firme članice klastera, tako i za industriju Srbije u celini. Osim završnih testiranja ispunjenja uslova EMC, laboratorija će pružati i usluge preliminarnih testiranja, kako u prostorijama laboratorije, tako i na terenu, odnosno u prostorijama korisnika usluga. Na osnovu sagledavanja sadašnjih i predviđenih budućih potreba srpske industrije, kao i pregledom delatnosti civilnih laboratorija opšte namene u Evropi, a posebno u bližem okruženju, planirano je da laboratorija pokrije širok spektar testiranja EMC, i to: • g enerisanje harmonika (prema standardu EN 61000-3-2:2006), • stvaranje flikera (prema standardu EN 61000-3-3:2008), • imunost na brze električne tranzijente do 4 kV (prema standardu EN 61000-4-4:2004), • imunost na naponske udare do 6 kV (prema standardu EN 61000-45:2006), 22

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

• i munost na propade, kratke prekide i varijacije napona (prema standardu EN 61000-4-11:2004), • imunost na oscilatorne napone do 6 kV (prema standardu EN 61000-412:2006), • imunost na magnetsko polje mrežne učestanosti, do 30 A/m (prema standardu EN 61000-4-8:2010), • imunost na impulsno magnetsko polje do 30 A/m (prema standardu EN 61000-4-9:1994+A1:2000), • imunost na elektrostatičko pražnjenje do 30 kV (prema standardu EN 61000-4-2:2009), • kondukcione RF emisije u opsegu 150 kHz – 30 MHz (prema standardu EN 55022:2006+A1:2007), • radijacione RF emisije u opsegu 30 MHz – 1 GHz (prema standardu EN 55022:2006+A1:2007), • imunost na kondukcione RF smetnje u opsegu 150 kHz – 80 MHz, do 10 V (prema standardu EN 610004-6:2009) i • imunost na radijacione RF smetnje u opsegu 80 kHz – 2,7 GHz, do 10 V/m (prema standardu EN 61000-4-3:2006+A1:2008+A2:2010). Na osnovu ovih merenja, moći će da se ispituje EMC prema raznim standardima koji važe za proizvode ili grupe proizvoda, kao što su, na primer, N 55011:2010 (industrijski, naučni • E i medicinski RF uređaji), • EN 55014-1:2010+A1:2010 i EN 55014-2:2009 (kućni aparati, električni alati i slični aparati), • EN 55022:2010+A1:2010 i EN 55024:2008 (uređaji informacione tehnologije), • EN 55015:2009 (električne svetiljke i slični uređaji), • EN 55020:2010 (imunost radio i televizijskih prijemnika i pridruženih

uređaja) i • EN 60601-1-2:2009 (električna medicinska oprema). Bar u početnom periodu rada, nije predviđeno da se laboratorija specijalizuje i za oblast automobilske industrije, mada će biti u stanju da obavi i deo testiranja iz ove oblasti. U trenutku pisanja ovog prikaza, u toku je raspisivanje tendera za nabavku opreme za laboratoriju, a na osnovu elaborata koji je uradio jedan od najkompetentnijih međunarodnih konsultanata iz oblasti EMC, John Davies [12]. Tender će se sastojati od dva lota, od kojih je jedan za semianehoičnu sobu, a drugi za ostalu opremu. Soba treba da omogući merenja na rastojanju od 3 m i potpuno skeniranje po visini, prema odgovarajućim standardima. Testiranje kompatibilnosti sa elektroenergetskom mrežom predviđeno je za monofazne prijemnike (efektivne vrednosti struje do 16 A). Međutim, u semianehoičnoj sobi će postojati i filtrirano trofazno napajanje uređaja (do 32 A), a biće nabavljena i trofazna mreža za stabilizaciju impedanse. Sve to će omogućiti ispitivanje RF emisije iz trofaznih uređaja i ispitivanje njihove imunosti na RF polje. Što se tiče frekvencijskog opsega, predviđeno je da se u okviru tendera kompletira oprema za učestanosti do 2,7 GHz. Predviđa se da oprema bude isporučena, montirana i verifikovana do leta 2012. godine. U međuvremenu, dok oprema ne bude isporučena, pripremaće se obimna dokumentacija koja je neophodna za akreditaciju laboratorije. Ta dokumentacija uključuje procedure za testiranje i sistem upravljanja kvalitetom. Priprema i uhodavanje laboratorije će biti pod nadzorom za to angažovanih međunarodnih eksperata. Planovi za kasnije predviđaju dopunu opreme, čime bi se omogućilo da labo-

eMc Serbia: Projekat izgradnje infrastrukture za testiranje i podizanje nivoa kvaliteta proizvoda u oblasti elektromagnetske kompatibilnosti

ratorija vrši i druga ispitivanja, kao i da se opseg učestanosti proširi do 6 GHz (što odgovara zahtevanim minimalnim mogućnostima semianehoične sobe). Uporedo sa tenderom za nabavku opreme, teku pripreme za adaptaciju prostora. Pored semianehoične sobe, taj prostor će obuhvatati ispitna mesta za testiranje primenom različitih standarda, kancelarijski prostor, kao i skladište opreme koja se testira i instrumentacije. Građevinski radovi bi trebalo da počnu čim se otvori građevinska sezona 2012. godine. Osim toga, priprema se procedura za zapošljavanje rukovodioca laboratorije i visokoobrazovanog osoblja elektrotehničke struke. Očekuje se da konkurs bude raspisan krajem 2011. godine. Za zaposlene u laboratoriji predviđena je obuka, koju će takođe voditi vodeći međunarodni eksperti [12], [13].

5. PODIzAnJe nIVOA OBAVeŠTenOSTI O eMc U okviru drugog i trećeg cilja projekta, sprovedena je anketa među firmama u Srbiji koje se bave elektrotehnikom, a posebno elektronikom, telekomunikacijama, automatikom i računarstvom. Cilj te ankete je da se sagledaju potrebe firmi za testiranjem EMC, kao i da se sazna nivo obaveštenosti o zahtevima EMC koji se postavljaju pred proizvode. Anketa u kojoj su do sada učestvovala 43 preduzeća pokazala je da testiranja koja će laboratorija vršiti zadovoljavaju najveći deo potreba srpskih firmi, ali i da je nivo spoznaje problema EMC ispod zadovoljavajućeg. Kao što smo već naglasili, u okviru projekta se priprema regionalni program obuke u oblasti EMC. Angažovan je jedan od vodećih međunarodnih eksperata,

Tim Williams [13], koji je već oformio program obuke, i priprema materijal za trodnevne kurseve planirane za kraj novembra 2011. godine. Deo kursa je posebno namenjen menadžerima, a drugi deo razvojnim inženjerima u našim firmama. Trodnevni kursevi će biti održani u Nišu, Novom Sadu i Beogradu. U cilju podizanja nivoa obaveštenosti industrije, projekat predviđa podizanja EMC portala na Internetu, u okviru sajta klastera „IKT mreža“. Planira se da konsultanti, stručnjaci iz laboratorije i iz konzorcijuma, kao i drugi stručnjaci koji budu uključeni u projekat, razviju „bazu znanja“ iz oblasti EMC, u kojoj će zainteresovani klijenti moći da nađu odgovore na razna pitanja u vezi s razvojem, proizvodnjom i testiranjem uređaja. Najzad, na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu priprema se novi predmet iz oblasti EMC, Ispitivanje elektromagnetske kompatibilnosti. Predmet će biti pozicioniran na master studijama i biće dostupan (kao obavezan ili izborni predmet) zainteresovanim studentima svih modula, počevši od školske 2012/13. godine. Cilj predmeta je teorijsko i praktično upoznavanje sa mernim metodama u oblasti EMC. Studenti će imati mogućnost da u novoj laboratoriji ostvare neposredan kontakt sa mernom opremom i upoznaju se sa postupcima rada. Deo razvoja novog predmeta je i pisanje odgovarajućeg udžbenika na srpskom jeziku, finansirano iz projekta. Predviđeno je da udžbenik bude objavljen do kraja septembra 2012. godine. Predmet Ispitivanje elektromagnetske kompatibilnosti biće komplementaran sa postojećim predmetom sa osnovnih studija, Elektromagnetska kompatibilnost, koji je obavezan za studente Smera za mi-

krotalasnu tehniku Odseka za telekomunikacije i informacione tehnologije, a veliki broj studenata Odseka za elektroniku ga uzima kao izborni predmet. Predmet Elektromagnetska kompatibilnost predstavlja uvod u EMC, pruža informacije o teorijskim osnovama sa gledišta elektromagnetike i teorije kola, upoznaje slušaoce sa osnovnim principima ispitivanja EMC i uvodi ih u metode modelovanja koji su potpora projektovanju uređaja i u metode projektovanja koji poboljšavaju EMC uređaja. Napomenimo da na doktorskim studijama postoji predmet Elektromagnetska kompatibilnost i integritet signala, koji je prvenstveno orijentisan ka istraživanjima u oblasti EMC i integriteta signala, u cilju osposobljavanja za projektovanje kola i uređaja koji ispunjavaju uslove elektromagnetske kompatibilnosti i za projektovanje brzih digitalnih veza.

6. zAKlJUČAK U radu je dat kratak prikaz projekta koji ima za cilj izgradnju infrastrukture za testiranje i podizanje nivoa obaveštenosti iz oblasti elektromagnetske kompatibilnosti, a koji finansira Evropska unija. Rad na tom projektu je u punom zamahu, a ciljevi tog projekta bi tokom 2012. godine trebalo da budu ispunjeni do kraja. Naredne godine će doneti prave zaključke i merljive rezultate, kada laboratorija stane na svoje noge i počne srpskoj privredi da donosi uštede u vremenu i novcu, kada se sprovede edukacija u oblasti elektromagnetske kompatibilnosti, kada ta znanja budu pomogla da se uspešnije dizajnira i efikasnije proizvodi, odnosno kada srpska privreda bude, zahvaljujući ovom projektu, uspešno proizvodila i još uspešnije izvozila svoje proizvode. Iskreno se nadamo se da će svi navedeni ciljevi biti ispunjeni. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

Literatura [1] http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:390:0024:0037:en:PDF [2] http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/electrical/emc/ [3] Pravilnik o elektromagnetskoj kompatibilnosti, Službeni glasnik Republike Srbije, broj 13/2010. [4] http://www.tehnis.merr.gov.rs/sr/ik-u-srbiji/masine-lvd-emc-liftovi.html [5] http://www.siq.si/ [6] http://www.pupin.rs/ [7] http://www.ict-net.com/ [8] http://www.etf.bg.ac.rs/ [9] http://www.mspbg.rs/ [10] http://www.secep.rs/ [11] http://www.pupin.rs/en/emc-serbia/ [12] http://www.emcgoggles.com/about.html [13] http://www.elmac.co.uk/timw_cv1.htm

Autori Nikola Nenadić je rođen u Mostaru, 1974. godine. Diplomirao je 2001. godine na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu. Od 2001. godine radi u Institutu „Mihajlo Pupin“, u preduzeću IMP-Telekomunikacije, gde je trenutno na poziciji tehničkog direktora. U poslednjih deset godina je bio direktno odgovoran za razvoj više od petnaest različitih elektronskih uređaja baziranih na DSP i mikroprocesorskoj tehnologiji. Vodio je razvojne timove sa više od deset inženjera, na projektima koji su trajali više godina. Za oblast elektromagnetske kompatibilnosti se interesuje od 2003. godine. Aktivno je učestvovao u testiranju i rešavanju EMC problema na više uređaja namenjenih izvozu. Uveo je principe dizajniranja za EMC u proces razvoja novih uređaja u IMP-Telekomunikacije i učestvovao u specificiranju opreme za prvu EMC laboratoriju u Institutu „Mihajlo Pupin“. Aktivno je učestvovao u radu klastera „embedded.rs“, a u klasteru „IKT Mreža“ je predsednik Upravnog odbora. Na projektu EMC Serbia angažovan je na poziciji vođe projekta. Antonije Đorđević je rođen u Beogradu, 1952. godine. Diplomirao je 1975. godine, magistrirao 1977. godine, a doktorirao 1979. godine na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu, na kome je i zaposlen od 1975. godine. Sada se nalazi u zvanju redovnog profesora za oblast Elektromagnetika, antene i mikrotalasi. Za dopisnog člana Srpske akademije nauka i umetnosti izabran je 1997. godine, a za redovnog 2006. godine. Bavi se numeričkom elektromagnetikom, antenama, mikrotalasnim pasivnim komponentama i kolima, elektromagnetskom kompatibilnošću, višeprovodničkim vodovima i brzim digitalnim vezama. Objavio je preko 200 radova, od toga oko 60 u vodećim međunarodnim časopisima, koautor je tri monografije i 9 softverskih paketa objavljenih u inostranstvu, kao i 11 udžbenika na našem jeziku. Učestvovao je u preko 80 projekata za domaće i strane naručioce, a autor je ili koautor jednog domaćeg i tri američka patenta.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Tomislav Šuh Ivan Vidaković

UNAPREÐENJE TELEKOMUNIKACIONE MREŽE PRETVARANJEM TDM KOMUTACIONIH SISTEMA U IP PRISTUPNE UREÐAJE 1. UVOD U savremenim telekomunikacionim mrežama napušta se TDM (Time Division Multiplex) tehnologija i prelazi se na IP (Internet Protocol) tehnologiju, koja nudi mnoge prednosti i doprinosi nastanku mreža nove generacije, NGN (Next Generation Network). Iako su postavljeni jasni ciljevi i definisani principi izgradnje mreža, ekonomski faktor ograničava brzinu migracije mreža kod svih telekomunikacionih operatora. U mreže se uvode novi sistemi, zasnovani na paketskoj komutaciji, ali u radu ostaju i TDM komutacioni sistemi novije generacije, za čiju zamenu ne postoji ekonomsko opravdanje. Zbog toga dolazi do situacije da pretplatnici u mreži imaju različite mogućnosti za pristup pojedinim servisima, pa i tarifnim paketima, u zavisnosti od toga na koji tip uređaja u mreži su priključeni. I u mreži Telekoma Srbija vrši se modernizacija komutacione opreme, tako što se postepeno napušta TDM komutacija i prelazi na paketsku komutaciju. Sada su u funkciji softsvičevi klase TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

4 i klase 5, a SIP (Session Initiation Protocol), [1] učesnicima upravlja IMS (IP Multimedia Sub-system). Umesto klasičnih TDM centrala koriste se različiti pristupni sistemi i uređaji. Postojeći TDM komutacioni sistemi (lokalne, čvorne centrale, itd.) zamenjuju se IP pristupnim čvorovima – AN (Access Nodes). Ovi sistemi se priključuju na IP/MPLS (Internet Protocol/Multiprotocol Label Switching) mrežu, a njima će upravljati IMS. Na taj način, IMS preuzima potpunu kontrolu i nad lokalnim učesnicima, čime se centralizuje i olakšava rešavanje mnogih tehničkih problema (vođenje veze, generisanje detaljnih zapisa o pozivima (CDR), uvođenje novih modernih usluga, obezbeđivanje njihovog pružanja, nadzor, itd.). U ovom radu se predlaže rešenje koje podrazumeva modifikaciju postojećih TDM komutacionih sistema i njihovo pretvaranje u IP pristupne uređaje, pod kontrolom IMS-a, umesto kompletne zamene novim pristupnim uređajima. Kao konkretna realizacija ovakvog pristupa, posmatra se primer komutacionog sistema DKTS.

vrši medijski gejtvej (MGW) [3]. SGW i MGW su pod kontrolom softsviča (SSW) tj. kontrolera medijskog gejtveja (MGC). TDM domenu pripadaju telefonska centrala (TC) i signalne CCS7 tačke - SEP (Signaling End Point) i STP (Signaling Transfer Point). Kod ovakvog rešenja se funkcije telefonske centrale ne menjaju. SSW ne vidi lokalne priključke telefonske centrale kao svoje direktne pretplatnike, već se pretplatnička baza podataka nalazi u telefonskoj centrali, koja u potpunosti upravlja sopstvenim priključcima. SSW može da upravlja samo tranzitnim vezama koje se ostvaruju kroz IP domen, kao i da beleži podatke samo o ovim vezama. Na Slici 2. prikazano je rešenje B2BUA. U ovom rešenju su SGW i MGW integrisani u IMG (Integated Media Gateway),

2. PRIncIPI ReŠenJA Prilikom prelaska TDM komutacije na paketsku komutaciju predlaže se rešenje koje se bazira na arhitekturi B2BUA (Back to Back User Agent), za razliku od arhitekture ETSI TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks), koja se koristi za prelazne periode sučeljavanja TDM i IP mreža. Na Slici 1. prikazano je rešenje TIPHON koje sadrži signalni i medijski gejtvej. Signalni gejtvej (SGW) vrši konverziju TDM signalizacije (CCS 7 - Common Channel Signaling 7) u IP signalizaciju (SIGTRAN), dok konverziju govornih tokova iz TDM u RTP (Real-time Transport Protocol) [2] 26

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Slika 1. Arhitektura ETSI TIPHON

Slika 2. Arhitektura B2BUA

koji igra ulogu signalnog i medijskog gejtveja. Upravljanje vrši IMS. Rešenje B2BUA ukida hijerarhijsku strukturu TDM mreže, tj. sve telefonske centrale (TC) su direktno vezane na IMS preko IMG-ova. TC više nema klasičnih TDM prenosnika, pa ne postoji ni potreba za STP-om. Signalizaciona veza TC sa IMG je preko interne signalizacije – IS, pošto postojeći protokoli signalizacije ne mogu da obezbede prenos svih potrebnih podataka. To znači da je IMG integralni deo TC-a, preko koga se ostvaruje veza sa IMS-om, koji, na taj način, može direktno da upravlja telefonskom centralom. IMS vidi sve pretplatnike vezane na TC kao svoje lokalne priključke sa minimalnim setom lokalne „pameti“. IMS obavlja sve funkcije potrebne za rad ovih priključaka (administraciju, dodelu pra-

Unapređenje telekomunikacione mreže pretvaranjem TDM komutacionih sistema u IP pristupne uređaje

va, vođenje veze, tarifiranje, nadgledanje i održavanje, itd.). Time se TC praktično pretvara u AN (Access Node). U mreži Telekoma Srbija koristi se arhitektura TIPHON za integraciju postojećih TDM komutacionih sistema sa IP mrežom. Novi kapaciteti se grade isključivo u IP domenu, korišćenjem uređaja MSAN (Multi-Service Access Node) i DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), koji su pod kontrolom softsvičeva, odnosno AN-ova pod kontrolom IMS-a. Telekom Srbija planira da postojeće H.248 učesnike u saobraćaju vremenom pretvori u SIP učesnike. U cilju racionalizacije mreže moguće je, u saradnji sa proizvođačima opreme, realizovati modifikacije postojećih TDM komutacionih sistema i pretvoriti ih u pristupne uređaje (AN) kojima upravlja IMS. S obzirom na to da se ovim uređajima ne menja hardverska struktura najvećeg dela sistema, ovakvo rešenje u ekonomskom pogledu ima, nesumnjivo, veliku prednost u odnosu na kompletnu zamenu postojećih telefonskih centrala novim pristupnim uređajima.

3. PRIMeR: DKTS-An U mreži Telekoma Srbija je na 399 objekata instalirano preko 350.000 pretplatničkih priključaka domaćeg digitalnog komutacionog sistema DKTS, koji je rezultat razvoja i proizvodnje u IRITEL-u i PUPIN TELECOM-u. U mreži se nalaze sistemi DKTS 20, DKTS 21, DKTS 22, DKTS 23 i DKTS 30, koji pripadaju generacijama DKTS 20 i DKTS 30. Pregled broja objekata sa komutacionim sistemom DKTS u mreži Telekoma Srbija dat je u Tabeli 1.

Tabela 1. Komutacioni sistemi DKTS u mreži Telekoma Srbija

Broj objekata

Broj host objekata

Broj objekata sa UUB

DKTS 20

279

195

DKTS 30

120

Sistemi generacije DKTS 20 [4] su najstariji tip sistema DKTS u eksploataciji i imaju izvesna ograničenja u radu, koja se odnose na uvođenje savremenih usluga korisnicima. Treba napomenuti da postoje dve verzije sistema DKTS 20. Pored osnovne verzije, postoje i objekti na kojima je sistem unapređen zamenom upravljačkih organa u periferijskim blokovima i značajnim modifikacijama administracionog bloka. Unapređena verzija sistema DKTS 20, za koju se koristi oznaka DKTS 20A, ima poboljšane karakteristike i pruža mogućnost uvođenja nekih novih funkcija korisnicima, kao i jednostavnijeg održavanja. DKTS 30 [5] je novija generacija sistema DKTS, sa znatno većim kapacitetom (preko 20.000 priključaka) i funkcionalnostima koje karakterišu moderne TDM sisteme (CDR, nadgledanje, itd.). Postojeći komutacioni sistemi DKTS u mreži Telekoma Srbija imaju funkcionalna ograničenja koja onemogućavaju pružanje svih dodatnih usluga pretplatnicima. Ova ograničenja mogu da se prevaziđu pretvaranjem sistema DKTS u pristupne uređaje pod kontrolom IMS-a. Odgovarajućim tehničkim rešenjima, koja će ovde biti ukratko opisana, komutacioni sistem DKTS se transformiše u pristupni uređaj DKTS-AN, čime se njegovim pretplatnicima omogućava povezivanje na IP i korišćenje svih funkcija koja ova mreža nudi. Postojeći sistemi DKTS će se povezati na IP/MPLS mrežu primenom integrisanog

medijskog gejtveja IMGB, koji će zameniti postojeće prenosničke blokove. IMGB se, prema IP/MPLS, ponaša kao medijski gejtvej i kao signalni gejtvej, a prema DKTS, kao njegov prenosnički blok. Učesnici vezani na DKTS mogu biti telefonski aparati tipa ATA (Analog Telephone Adapter) ili ISDN (Integrated Services Digital Network), PBX (Private Branch Exchange), pa i dvojnički priključci, sve do njihovog uklanjanja iz mreže. Pretplatnički priključci mogu biti priključeni direktno na host centrale ili na udaljene učesničke stepene (izdvojene stepene) UUB. U svakom slučaju, IMS „vidi” sve učesnike vezane na DKTS-AN kao svoje pojedinačne lokalne pretplatnike. Blok šema povezivanja DKTS-AN na IP/MPLS mrežu data je na Slici 3. Sistemi DKTS-AN se povezuju sa: - IT mrežom, za potrebe upravljanja i NTP (Network Time Protocol) sinhronizaciju, - IP/MPLS mrežom, za potrebe prenosa SIP i RTP saobraćaja do IMS SBC-a (IMS Session Border Controller), a kroz zajednički MPLS VPN (Virtual Private Network). Principska šema povezivanja data je na Slici 4. IMGB su udvojeni i predviđen im je rad u režimu active/standby, a moguć je i rad u režimu load sharing, koji je povoljniji u pogledu saobraćajnog opterećenja. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

DKTS-AN svičevi koji pripadaju IMGBovima takođe su udvojeni, da bi se primenio prinicip no single point of failure. Predloženim rešenjem se svi pretplatnici, koji su sada pod kontrolom sistema DKTS, dovode u neposrednu kontrolu IMS-a, čime se ostvaruju uslovi za uvođenje modernih usluga pretplatnicima i uniformiše i uprošćava njihovo nadgledanje i pružanje.

Slika 3. Blok šema povezivanja DKTS-AN sa IP/MPLS mrežom

Ostvaruju se uslovi za generisanje CDR-ova na nivou IMS-a i obezbeđuju dodatne usluge, kao što su: CLIP (Calling Line Identification Presentation), CLIR (Calling Line Identification Restriction) i CLIR override, ACR (Anonymous Call Rejection), NP (Number Portability), predizbor operatora i slično. Preko IMGB-a se omogućava sinhronizаcijа vremenа sa NTP serverima Telekomа Srbijа. Veoma je važno napomenuti da se mogu zadržati svi postojeći tipovi priključaka i pretplatničkih usluga koje su već aktivne na postojećim sistemima DKTS (npr. dvojnički priključci, telefonske govornice, itd.). DKTS-AN zadovoljava sledeće zahteve koji se odnose na obradu govornog signala: • k ontrolu poziva, korišćenjem SIP protokola, u skladu sa RFC 3261, • ostvarivanje prenosa govornog signala pomoću RTP protokola, u skladu sa RFC 3550 i RFC 3551. • digitalizaciju govornog signala, upotrebom kodeka G.711 i G.729 ITU-T, • funkciju ukidanja eha koja je podržana u skladu sa ITU-T G.165/G.168 preporukom.

Slika 4. Način povezivanja DKTS-AN

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Podržane su funkcije poboljšanja kvaliteta, detekcije govorne aktivnosti VAD (Voice Activity Detection), generisanja komfor-

Unapređenje telekomunikacione mreže pretvaranjem TDM komutacionih sistema u IP pristupne uređaje

nog šuma CNG (Comfort Noise Generation), adaptivnog džiter bafera, detekcije i generisanja tonova, DTMF prenosa signala u skladu sa RFC 4733, obrade tonova u toku poziva (Call Progress) i identifikacije pozivajućeg broja (Caller ID – CID). DKTS-AN podržava sledeće SIP funkcionalnosti: • S ession Description Protocol (SDP), u skladu sa RFC 4566, • protokole na transportnom sloju: User Datagram Protocol (UDP) sa retransmisijom i Transmission Control Protocol (TCP), • registraciju Proxy i Registrar, opciono, • Digest autentifikaciju, u skladu sa RFC 2617, • Digest MD5 autentifikaciju,

• r egistraciju svih krajnjih tačaka (endpoint) sa uređaja, • metode: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, SUBSCRIBE, NOTIFY, PUBLISH, REFER, MESSAGE, OPTIONS. • promenu parametara postojeće sesije (re-INVITE), • Early media (podržan 183 Session Progress), • pouzdan privremeni odgovor (Reliable Provisional Responses - PRACK), po RFC 3262, • Tel URI (Uniform Resource Identifier), RFC 3966, • RTP Payload za Comfort Noise, RFC 3389. Numeracija pretplatnika priključenih na DKTS-AN, koji se povezuje na IMS, biće

iz opsega namenjenog pretplatnicima priključenim na NGN. Predviđa se rešenje koje omogućava zadržavanje postojeće numeracije pretplatnika na sistemima DKTS, samo uz izmenu prve cifre, koja mora da bude u skladu sa numeracijom NGN pretplatnika. To znači da će se, kod šestocifrene numeracije, dodati još jedna, prva cifra, a da će se kod sedmocifrene numeracije prva cifra zameniti cifrom koja pripada NGN-u.

4. STRUKTURA SISTeMA DKTS-An Iako se modifikacija komutacionog sistema DKTS vrši po istim principima i uz uvođenje hardverski identičnog bloka IMGB, zbog različite hardverske i softverske strukture postojećih generacija

Slika 5. DKTS20-AN nastao od DKTS 20

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

sistema DKTS, novi pristupni uređaji će imati svoje verzije, u zavisnosti od sistema od koga su nastali: -

DKTS20-AN, DKTS30-AN.

Sistem DKTS-AN ima osnovnu strukturu kao DKTS, samo se ukidaju svi prenosnički blokovi i umesto njih se dodaju IMGB blokovi. Iz razloga pouzdanosti, svi DKTS uređaji za pristup su opremljeni sa po dva IMGB bloka. U hardverskom smislu, novi blok – IMGB, blok integrisanog medijskog gejtveja, realizuje se kao jedna jedinica (IMG), koja je u pogledu interfejsa prema ostalim delovima sistema DKTS kompatibilna

Slika 6. DKTS30-AN nastao od DKTS 30

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

sa postojećim prenosničkim blokom. U sastav IMGB-a, pored jedinice IMG, ulazi i svič, koji omogućava međusobne IP veze unutar bloka i sa IP/MPLS mrežom. Ovakav koncept obezbeđuje laku i brzu rekonfiguraciju postojećih sistema, sa minimalnim zahvatima u hardveru. Blok IMGB preuzima na sebe komunikaciju sa IMS-om, dok postojeći centralni delovi sistema obavljaju funkcije prespajanja pretplatnika sa IMGB. Rešenje je primenljivo na svim tipovima sistema DKTS: DKTS 20, DKTS 20A i DKTS 30, a može da se primeni i na udaljenim stepenima sistema DKTS. Koristi se isti IMGB blok, ali su potrebne

različite softverske modifikacije postojećih komutacionih sistema. Hardverska i softverska konfiguracija svih elemenata opreme sistema DKTS-AN je tako dimenzionisana, da ne postoji pojedinačni HW i SW otkaz koji može uticati na funkcionisanje celog sistema. Pored toga, DKTS-AN podržava mogućnost redundantnih linkova ka IMS platformi. U slučaju ispada primarnog linka, obezbeđuje se nesmetan i kontinualan rad servisa preko sekundarnog data linka. Struktura sistema DKTS-AN prikazana je na Slici 5, za DKTS 20 i DKTS 20A, i na Slici 6, za DKTS 30.

Unapređenje telekomunikacione mreže pretvaranjem TDM komutacionih sistema u IP pristupne uređaje

5. IMgB

U ovoj šemi postoje sledeći endžini:

IMGB obavlja funkcije paketizacije govora, funkcije unapređenja kvaliteta govora (potiskivanje eha, detektovanje tišine, generisanje komfornog šuma, adaptivni bafer džitera, itd.), funkcije signalizacije (SIP UA), telefonske funkcije (DTMF, CID, ...), funkcije nadgledanja, itd.

• • • •

IMGB se može podeliti na posebne entitete – endžine (mašine). Komunikacija između endžina se obavlja preko strogo definisanog mehanizma nazvanog conduit (u prevodu vod, kanal). Svaki endžin može biti realizovan na posebnoj hardverskoj platformi, što znatno poboljšava fleksibilnost i skalabilnost IMG-a. Šema ove strukture data je na Slici 7.

signalizacioni, SE signalization engine, a plikacioni, AE application engine, medijski, ME media engine, TDM (POTS), TE TDM engine.

SE služi za signalizacionu vezu IMGB sa IP svetom. SE može sadržati bilo koji od VoIP protokola (SIP, MGCP, MEGACO...). IMGB podržava SIP protokol. SE je realizovan na jedinici IMG. AE obavlja više funkcija. To je glavni deo IMGB koji kontroliše sve ostale aplikacije, kontroliše ME i TE, komunicira sa SE i sa spoljnim svetom kroz sistem za nadgledanje i upravljanje, itd. AE je realizovan na jedinici IMG.

ME pretvara TDM govorni saobraćaj u IP i obrnuto, koristeći sve raspložive VoIP mehanizme (kodeci, kontrola kvaliteta, eliminisanje eha i džitera, itd.). ME je realizovan na jedinici PFC, koja predstavlja modul jedinice IMG. TE je mašina koja priprema TDM kanale za obradu u IMGB. TE je u direktnoj vezi sa ME preko TDM kanala i sa AE preko conduit-a. Na drugoj strani, TE je u vezi sa sistemom DKTS preko TDM kanala, kojima se prenosi govor i HDLC kanala, kojima se prenosi interna signalizacija. TE je realizovan na jedinici IMG. Conduit je mehanizam preko koga su povezani svi endžini. To je softverskohardverski mehanizam za razmenu poruka. U IMGB se conduit bazira na TCP/IP protokolu. Preko conduita su povezani SE, AE, ME i TE. SE je povezan putem SIP protokola sa IP/MPLS mrežom Telekoma Srbija. AE je preko TCP/IP protokola povezan sa IT mrežom za nadzor. ME je preko RTP/RTCP protokola povezan sa IP/MPLS mrežom Telekoma Srbija. TE je povezan sa komutacionim blokovima sistema DKTS preko internog TDM multipleksa i sa ME (preko H.110 magistrale). TE ostvaruje međuprocesorsku komunikaciju sa drugim blokovima sistema DKTS preko HDLC kanala. Endžini koriste veliki broj servisa koji se izvode u samom operativnom sistemu (Linux) i njegovom aplikacionom sloju.

Slika 7. Šema strukture IMGB

U pogledu hardvera, blok IMBG se sastoji od jedinice IMG sa dodatnom jedinicom PFC, sviča i zadnje ploče, koja nosi konektore na koje se priključuju kablovi za TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

veze ka drugim blokovima sistema. Predviđeno je smeštanje IMGB u prostor i na mesto jednog od postojećih prenosničkih blokova koji se demontiraju. Kako jedan IMGB zamenjuje veći broj postojećih prenosničkih blokova (maksimalno njih 22), zadnja ploča može da prihvati 22 kabla za vezu sa komutacionim blokom, kao i odgovarajući broj kablova za međuprocesorsku komunikaciju.

6. MODIFIKACIJE POSTOJEĆIH BLOKOVA U SISTEMImA DKTS U cilju pretvaranja komutacionog sistema DKTS u pristupni uređaj DKTS-AN, pored uvođenja bloka IMGB, potrebno je izvršiti modifikacije i u nekim od postojećih blokova. Kao što je već rečeno, IMGB preuzima funkcije prenosničkih blokova, tako da ovi blokovi više nemaju funkciju, pa će biti demontirani. Sistemi DKTS20-AN, nastali od DKTS 20 i DKTS 20A, sadrže sledeće blokove: UB - učesnički blok, AB - blok administracije, BB - blok baze podataka, DB - blok distribucije, KB - blok komutacije. UB vodi računa o lokalnim učesnicima DKTS-a. Polazna veza se gradi u UB-u. Softver UB-a se, u konfiguraciji DKTS-AN menja, tako što se sve polazne veze grade prema bloku IMGB, a sve dolazne veze dolaze iz bloka IMGB. Lokalne veze između pretplatnika priključenih na DKTS-AN grade se na standardan način, kroz komutacioni blok, ali na osnovu upravljačkih signala koje UB dobija iz IMGB-a. AB je blok koji administrira ceo sistem DKTS. Izmene u softveru AB bloka 32

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

omogućavaju podizanje softvera bloka IMGB i nadgledanje rada ovog bloka. Ukidaju se funkcije statistike, skladištenja i obrade tarife i kontrolnika. Ove funkcije preuzima IMS. BB blok je blok baze podataka. Izmene u bazi podataka za sistem DKTS-AN odnose se na uklanjanje podataka o prenosnicima, uvođenje podataka o bloku IMGB i modifikaciju dela podataka koji se odnose na kategorije pretplatnika. DB je blok distribucije podataka koji obezbeđuje međuprocesorsku komunikaciju između blokova sistema. Izmena u softveru bloka DB nema. KB je blok komutacije, koji obezbeđuje prenos govornih signala između učesničkih blokova i IMGB-a. Izmena u softveru bloka KB nema. Sistemi DKTS30-AN, nastali od DKTS 30, sadrže sledeće blokove: UB - učesnički blok, udaljeni učesnički blok sa UUB - odgovarajućim interfejsom IUUB4, AB - blok administracije, KOM - blok komutacije, OSC - blok generatora takta, GGI - blok generatora govornih informacija, UCP - univerzalna centralna ploča. Prilikom pretvaranja sistema DKTS 30 u uređaj za pristup, potrebno je izvršiti istu vrstu izmena kao i kod sistema DKTS 20 u softverima učesničkih blokova (UB i UUB) i administracionim blokovima, dok softveri blokova KOM, OSC, GGI i UCP ne zahtevaju izmene. Blok integrisanog medijskog gejtveja IMGB je, u hardverskom i softverskom

smislu, isti u sistemima DKTS20-AN i DKTS30-AN. U pogledu nadzora i upravljanja, DKTSAN može da koristi postojeći sistem za nadzor i upravljanje, razvijen za sisteme DKTS 20, DKTS 20A i DKTS 30. IMGB šalje podatke vezane za nadgledanje svojih resursa postojećem administracionom bloku u sistemu DKTS, koji će ih, na standardan način, prosleđivati centru za nadgledanje. Postojeći centar za nadgledanje DKTS sistema menja se tako da može da primi i nove podatke vezane za DKTS-AN. S druge strane, ostvarivanje IP konekcije sa IP/MPLS mrežom omogućava izgradnju daleko savremenijeg sistema za nadzor. To je razlog zbog koga se predlaže i izgradnja novog sistema za nadzor i upravljanje uređajima DKTSAN, koji podržava TMN upravljačke funkcije, a u skladu sa ITU preporukom M.3400.

7. ZAKLJUČAK Modifikacijom postojećih komutacionih sistema, sa ograničenim skupom dodatnih usluga, pretplatnicima se omogućava korišćenje novih usluga koje, bez uvođenja funkcija inteligentnih mreža, nisu mogle da budu realizovane. Ovaj problem je naročito izražen kod komutacionih sistema koji nisu mogli da obezbede kvalitetne zapise o obavljenim razgovorima (CDR). Značajan elemenat ovakve modifikacije je i obezbeđenje usluge prenosivosti broja. Zbog svoje raširenosti u mreži, sistem DKTS je veoma pogodan za predloženu modifikaciju. Smatra se da će se uvođenjem DKTS-AN produžiti život sistema DKTS za 10-15 godina i ostvariti zna-

Unapređenje telekomunikacione mreže pretvaranjem TDM komutacionih sistema u IP pristupne uređaje

čajne uštede za Telekom Srbija, jer se većina opreme zadržava u postojećem stanju, dok se pretplatnicima omogućava korišćenje niza novih usluga. Osim što će da povećaju zadovoljstvo pretplatnika, nove usluge mogu da obezbede Telekomu Srbija znatno povećanje prihoda. Preduzeću Telekom Srbija se omogućava da, po ceni nižoj od cene potpuno novih ure-

đaja za pristup, instalira savremeniji sistem sa svim aktuelnim uslugama, podigne kvalitet usluga i pospeši prodaju novih usluga. Pri tome se, s jedne strane, usluge za pretplatnike na svim tipovima sistema DKTS dovode na isti nivo, a, s druge strane, omogućava se centralizacija nadzora i upravljanja, što dovodi do smanjenje troškova održavanja.

literatura [1] RFC 3261 SIP: Session Initiation Protocol [2] RFC3550 RTP: A transport Protocol for Real-Time Applications [3] Ž. Markov i A. Lebl: O prenosnicima (gejtvejima) u telefonskim centralama, Tehnika - Elektrotehnika, ISSN 0040-2176, godina LXV, br. 4, 2010., str. 23-26 [4] S. Matić, T. Šuh, M. Miletić-Vidaković, P. Daković: „DKTS Digital Switching Telephone System“, Facta universitatis, Series: Electronics and Energetics vol.1(1995), pp. 73-86, [5] M. Jovanović, T. Šuh: „Osnovne karakteristike sistema DKTS 30“, TELFOR, Beograd, novembar 1997.

Autori Tomislav Šuh je rođen 1955. godine u Beogradu. Na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, na Smeru za telekomunikacije, diplomirao je 1978. godine, a 1987. godine magistrirao radom iz oblasti komutacionih sistema. Od 1979. godine radi u Istraživačko-razvojnom institutu Elektronske industrije, današnjem IRITEL-u, u kome poslednjih 20 godina vodi oblast komutacionih sistema. Rukovodio je razvojem komutacionog sistema DKTS i objavio je 26 naučnih i stručnih radova u časopisima i na domaćim i stranim konferencijama. Ivan Vidaković je rođen 1952. godine u Beogradu. Na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, na Smeru za elektroniku, diplomirao je 1979. godine. Od 1980. godine je zaposlen u današnjem IRITEL-u. Rukovodio je razvojem više uređaja iz oblasti pozivnih centara i VoIP tehnologije. Objavio je 31 naučni i stručni rad u časopisima i na konferencijama.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

Dejan Nemec

Standard 802.11n - I deo: razvoj, karakteristike i unapreÐenja koje donosi Sadržaj Potreba za povezivanjem sve većeg broja elektronskih uređaja na računarsku mrežu i Internet uslovila je i potrebu za razvojem tehnologija koje bi trebalo da budu međunarodno standardizovane u cilju kompatibilnosti različitih proizvođača. Jedan u nizu standarda koji omogućava bežično povezivanje računara i drugih uređaja u okviru LAN mreža jeste IEEE 802.11n-2009. Ovaj standard, uvođenjem novih tehnika prenosa podataka, omogućava višestruko veće brzine od njegovih prethodnika. U uvodnom delu ovog rada navedeno je kako se 802.11n standard razvijao i na koji način se 802.11n uređaji sertifikuju. Nakon toga, dat je pregled svih relevantnih karakteristika 802.11n standarda, počev od MIMO tehnike i drugih unapređenja na fizičkom nivou, preko unapređenja na MAC nivou do aspekata koji se odnose na uštedu energije i sigurnost u 802.11n mrežama.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

802.11n STAnDARD

1. UVOD Bežične računarske mreže su postale uobičajena stvar u svakoj LAN (Local Area Network) mreži: u domaćinstvu, u malim i srednjim preduzećima, velikim kompanijama, školskim, univerzitetskim i zdravstvenim institucijama. Sve veći broj korisnika bežičnih mreža i pojava novih aplikacija u ovim mrežama uslovili su potrebu za povećavanjem kapaciteta i dometa koji bi mogli da pariraju karakteristikama žičnih mreža. Mnoge kompanije bežični način povezivanja korisnika smatraju primarnom metodom i ističu da njihove mreže moraju biti bežične. Uvidevši da će se u budućnosti javiti ova potreba, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) institut je još 2002. godine započeo rad na razvoju tehnologije koja će omogućiti brzine od nekoliko stotina Mbit/s. Posledica tog rada jeste 802.11n standard čija je konačna verzija usvojena 2009. godine. IEEE 802.11n-2009 [1] predstavlja narednu generaciju bežične tehnologije, odnosno dopunu standarda IEEE 802.11-2007 [2], a unapređuje prethodne specifikacije 802.11a i 802.11g. Najznačajnije unapređenje se odnosi na povećanje brzine sa 54 Mbit/s do mogućih 600 Mbit/s. Maksimalna brzina 802.11n sistema zavisi od konfiguracije. Ostala unapređenja se odnose na domet i pouzdanost (Slika 1). Radio medijum je deljeni medijum. To znači da je sa pojavom većeg broja korisnika i zahtevnijih aplikacija sve manje dostupnog propusnog opsega po jednom korisniku, a to utiče na smanjivanje ukupnih performansi bežičnih mreža. Standard 802.11n je i ovu činjenicu uzeo

Slika 1. Poređenje brzina i dometa 802.11b, 802.11a/g i 802.11n sistema [3]

u obzir i trebalo je da nađe rešenje koje će povećati i performanse mreže i domet u okruženju sve većeg broja korisnika. Obezbeđujući višestruko veće brzine od 802.11a i 802.11g tehnologija, neke pretpostavke govore da 802.11n u budućnosti može postati dominantna LAN tehnologija, kao što je to danas Ethernet.

2. PROceS RAzVOJA STAnDARDA 802.11n I WI-fI SeRTIfIKAcIJA PROIzVODA Zvanični početak razvoja 802.11n standarda predstavlja predstavljanje nove radne grupe za IEEE 802.11 komitetu WNG SC (Wireless Next Generation Standing Committee) u januaru 2002. godine. Radna grupa za 802.11n (TGn – Task Group n) je svoj prvi sastanak održala u septembru 2003. godine. Pred nju su tada postavljeni sledeći ciljevi [4]: • p rotok od najmanje 100 Mbit/s po jednom kanalu širine 20 MHz, • spektralna efi kasnost od najmanje 3 bit/s/Hz, • mogućnost funkcionisanja u opsegu

od 5 GHz, • kompatibilnost sa 802.11a standardom, • integracija 802.11e specifi kacije u okviru radnih stanica. Interesantno je da inicijalni zahtevi nisu uključivali funkcionisanje u opsegu od 2,4 GHz, što bi podrazumevalo kompatibilnost sa 802.11g standardom. Na kraju je ipak i ovaj zahtev uzet u obzir. Usledilo je prikupljanje predloga za tehnologiju koja bi trebalo da ispuni postavljene zahteve. U martu 2006. predstavljena je prva verzija, Draft 1.0, 802.11n standarda, ali ona nije uspela da dobije adekvatnu podršku. Iako konačna verzija nije usvojena, prvi 802.11n proizvodi (Pre-N proizvodi) pojavili su se na tržištu 2007. godine, a razvijani su na bazi različitih verzija standarda i nisu garantovali interoperabilnost. U martu 2007. godine usvojena je Draft 2.0 verzija standarda, a u junu 2007. godine, Wi-Fi Alijansa je počela sa sertifikacijom 802.11n proizvoda koji su bazirani na ovoj verziji 802.11n standarda. To je urađeno da bi proizvođači mogli

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

početi prodaju 802.11n proizvoda dok TGn grupa ne završi standard. Nakon ovoga, izdavale su se i naredne verzije 802.11n standarda sve do Draft 11.0 verzije, koja je usvojena kao konačan standard 11. septembra 2009. godine. Konačan IEEE 802.11n-2009 standard objavljen je 29. oktobra 2009. godine. Organizacija pod nazivom Wi-Fi Alliance je međunarodna neprofitna organizacija koja se bavi pitanjima proizvodnje, promovisanja i interoperabilnosti 802.11 WLAN (Wireless LAN) proizvoda. Ona danas predstavlja grupu od preko 400 članica koja promoviše termin “Wi-Fi”, a kojim označava sve forme umrežavanja koje su bazirane na 802.11 standardima (bez obzira da li se radi o 802.11a, b, g ili n) [5]. Wi-Fi alijansa, između ostalih, ima sledeće ciljeve: • p romovisanje Wi-Fi sertifi kacije proizvoda širom sveta kako bi podstakla proizvođače da prate standardizovane 802.11 procese prilikom razvoja WLAN proizvoda, • izgradnju i održavanje tržišta Wi-Fi proizvoda koji se nude raznim korisnicima, kao što su domaćinstva, mala i srednja preduzeća i velike kompanije. Program pod nazivom Wi-Fi CERTIFIED™ obezbeđuje širom sveta prepoznatljivu oznaku koja označava interoperabilnost i kvalitet i omogućava da Wi-Fi proizvodi korisnicima ponude najbolja iskustva u korišćenju opreme koja se odnosi na bežične računarske mreže. Wi-Fi sertifikacija je proces koji obezbeđuje interoperabilnost, odnosno kompatibilnost, između 802.11 uređaja različitih proizvođača, uključujući tačke za pristup (AP – Access Point) i bežične adaptere. 36

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Wi-Fi alijansa je u junu 2007. godine započela sertifikaciju 802.11n proizvoda koji su bazirani na Draft 2.0 verziji standarda [6]. Odmah nakon što je IEEE 802.11n-2009 ratifikovan, Wi-Fi alijansa je ažurirala program sertifikacije i promovisala novu oznaku koja označava usaglašenost sa ovim i prethodnim 802.11 standardima (Slika 2).

Slika 2. Oznaka koju dobijaju proizvodi koji su u saglasnosti sa 802.11a, b, g i n standardima

3. PRegleD 802.11n TeHnOlOgIJe Postoji nekoliko važnih karakteristika koje 802.11n tehnologiji omogućavaju bolje performanse u odnosu na prethodne 802.11a/b/g tehnologije, a to su [7], [8]: • M IMO (Multiple-Input MultipleOutput) tehnika, u koju spadaju sledeće tehnike: - usmeravanje predajnog snopa, TxBF (Transmit Beamforming) – tehnika koja usklađuje faze predajnih signala tako da se na prijemnoj strani, sabiranjem tih signala, dobija signal koji može biti i 400% jači od signala koji bi se dobio da se ne koristi ova tehnika. - prostorno multipleksiranje (Spatial Multiplexing) – simultano slanje višestrukih tokova podataka i dekodiranje korišćenjem višestrukih prijemnika u cilju povećanja kapaciteta kanala, - MRC (Multi-Ratio Combining) – kombinovanje podataka iz

podnosilaca na svakoj prijemnoj anteni, • povezivanje kanala (channel bonding) i unapređenje tehnike kodovanja, • efi kasniji protokoli, u šta spada agregacija paketa (packet aggregation) i potvrđivanje blokova ramova. 802.11n podržava rad u dva nelicencirana ISM (Industrial, Scientific and Medical) opsega, 2,4 GHz i 5 GHz, što omogućava fleksibilnost prilikom zadovoljavanja velikog broja zahteva za bežičnim prenosom. Pored ovoga, 802.11n standard je kompatibilan sa 802.11a i 802.11g WLAN standardima, a za koordinaciju pristupa mrežama koje su slične 802.11b/g mešovitom modu funkcionisanja potrebni su sigurnosni mehanizmi. Ovi sigurnosni mehanizmi uzrokuju postojanje velikog overheda (overhead), što utiče na protok. Kompatibilnost sa prethodnim tehnologijama omogućava korišćenje već postojećih WLAN uređaja. Međutim, za postizanje maksimalnih performansi koje 802.11n omogućava, neophodno je implementiranje isključivo 802.11n uređaja koji funkcionišu u opsegu od 5 GHz.

4. MIMO TeHnIKA U 802.11n MIMO tehnika predstavlja „srce” 802.11n standarda, jer omogućava dostizanje brzina do 600 Mbit/s. MIMO tehnika koristi više antena koje šalju i primaju podatke u isto vreme. MIMO tehnika koristi prednosti nekih drugih tehnologija kako bi povećala odnos signal-šum (SNR – Signal-to-Noise Ratio) na strani prijemnika. Jedna od tehnika je TxBF (Transmit Beamforming). Kada postoji više od jedne predajne ante-

802.11n STAnDARD

ne, moguće je koordinisati signal koji se šalje sa svake antene tako da se signal na prijemniku značajno poboljša. Ova tehnika se obično koristi kada prijemnik poseduje samo jednu antenu i kada postoji nekoliko prepreka ili radio-reflektujućih površi između predajnika i prijemnika. Kada se dva radio signala pošalju sa različitih antena ovi signali se sabiraju na prijemnoj anteni. U zavisnosti od rastojanja koje svaki od ova dva signala prelazi, veoma je verovatno da će signali stići do prijemnika sa neusaglašenim fazama. Razlika u fazi će uticati na ukupnu snagu primljenog signala. U najgorem slučaju dva signala mogu da ponište jedan drugog (Slika 3a). Međutim, ukoliko se pažljivo podesi faza radio signala na predajnoj strani, snaga primljenog signala i SNR se mogu značajno povećati (Slika 3b) [9]. TxBF tehnika upravo to radi: ona efikasno fokusira predajnike ka jednom prijemniku (Slika 4).

dajnika, prijemnika ili elemenata koji se nalaze u sredini kojom se signal prostire, vrlo brzo obezvređuje parametre koji su važili u prethodnim trenucima. TxBF se koristi kada postoji samo jedan prijemnik nekog toka podataka. Nije moguće optimizovati faze predajnih signala kada se vrši broadcast ili multicast prenos. S obzirom na to da se SNR povećava, TxBF može da poveća brzinu prenosa podataka i/ili da poveća rastojanje prijemnika od tačke za pristup, AP. Međutim, TxBF ne može da poveća područje pokrivanja AP tačke, jer to u najvećoj meri zavisi od mogućnosti prijema Beacon upravljačkog rama koji šalje AP tačka. Beacon ramovi predstavljaju broadcast prenos, a ta vrsta prenosa nema koristi od TxBF tehnike. Ova MIMO tehnika se može iskoristiti za povećanje protoka i u slučajevima kada ima manje predajnih antena od

Slika 3. Destruktivna i konstruktivna interferencija

Slika 4. Primer TxBF tehnike sa dve predajne i jednom prijemnom antenom [4]

TxBF se ne može lako ostvariti na predajniku bez dobijanja informacija o prijemnom signalu od strane prijemnika. Ove informacije mogu da obezbede samo 802.11n uređaji (uređaji 802.11a/b/g tipa to ne mogu da urade). Povratne informacije su validne samo kratko vreme, jer svako pomeranje pre-

prijemnih. Recimo, u MIMO konfiguraciji 1x2 (jedna predajna i dve prijemne antene), dve prijemne antene primaju isti signal i nakon toga se vrši kompleksni proračun koji može da rezultuje većom efektivnom snagom signala u prijemnom uređaju. S obzirom na to da uređaji (npr. AP tačke) koji su bazi-

rani na prethodnim standardima imaju samo jednu antenu, ova metoda se može iskoristiti i u slučaju starijih bežičnih sistema. Sa druge strane, ukoliko AP tačka tipa 802.11n poseduje više antena, tada ona može da primi bolji (za oko 30%) signal od starijih 802.11 stanica. Druga tehnika koju MIMO koristi jeste prostorni diversiti (diversity). Vrlo često se radio signali prostiru po više putanja (multipath). Kada signal putuje različitim putanjama, vreme posle koga on stiže do prijemnika zavisi od dužine putanje. Signal koji putuje najkraćom putanjom će stići prvi, zatim njegova kopija koja prelazi malo dužu putanju, i tako dalje. Kada se putuje brzinom svetlosti, kao što putuju radio talasi, kašnjenje između ovih signala je malo, reda nanosekundi. Recimo, razlika puteva od 30 cm uvodi kašnjenje od 1 ns. Ovo kašnjenje je dovoljno da izazove malu degradaciju signala na jednoj prijemnoj anteni, jer sve kopije signala interferiraju sa signalom koji prvi stigne. MIMO tehnika šalje više radio signala u isto vreme i koristi neke prednosti propagacije signala po više putanja. Svaki od ovih signala se naziva prostorni tok (spatial stream). Svaki prostorni tok se šalje sa svoje antene, koristeći svoj predajnik. S obzirom na to da postoji fizički razmak između tih antena, svaki signal prelazi različitu putanju do prijemnika. Ta pojava se naziva prostorni diversiti (spatial diversity). Pored ovoga, svaki radio predajnik može da šalje različit tok podataka na istoj frekvenciji, odnosno koristi se tehnika prostornog multipleksinga, SDM (Space Division Multiplexing) [10]. Prijemni uređaj poseduje više antena sa sopstvenim prijemnikom. Svaki od tih prijemnika nezavisno dekodira signale koji stižu na njegovu antenu (Slika 5). Dalje, radio signal sa svakog prijemnika TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

se kombinuje sa signalima koji su stigli na ostale prijemnike. Korišćenjem složenog matematičkog proračuna dobija se mnogo bolji prijemni signal nego kada se koristi samo jedna prijemna antena ili kada se koristi TxBF tehnika. MIMO sistemi koji koriste SDM tehniku se opisuju kao TxR:S, gde T predstavlja broj predajnih antena, R broj prijemnih antena, a S broj prostornih tokova podataka. Na primer, ukoliko je AP tačka tipa 3x3:2, to znači da ona može da šalje i prima dva prostorna toka preko svoje 3 antene. 802.11n standard specificira maksimalno 4 predajnika i 4 prijemnika (4x4 konfiguracija) i tada se dobija maksimalan protok. Unapređenje protoka se dobija pri svakom povećanju broja an-

tena, a najveće pri skokovima sa 1x1 na 2x1 i zatim na 2x2 i 3x2 sisteme, a treba istaći da unapređenje protoka nakon 3x3 konfiguracije nije značajno. Recimo, jedan prostorni tok može da obezbedi brzinu prenosa do 150 Mbit/s, dok dva prostorna toka mogu da obezbede maksimalnu brzinu od 300 Mbit/s. Pored ove dve, MIMO koristi i MRC (Multi-Ratio Combining) tehniku, koja podrazumeva mogućnost prijemnika da kombinuje signale primljene od više antena u jedan prostorni tok. Slika 6. prikazuje rezultat MRC tehnike. Ukupni signal koji stiže od nekoliko antena je jači i konzistentniji od bilo kog pojedinačnog signala. MRC može da poveća

Slika 5. Ilustracija prostornog multipleksinga

Slika 6. Kombinovanje više signala MRC tehnikom

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

osetljivost prijemnika, ali zahteva procesiranje digitalnog signala [9].

5. 802.11n fIzIČKI nIVO Pored MIMO tehnike koja donosi značajna unapređenja u svet bežičnih računarskih mreža, 802.11n primenjuje i neke druge tehnike koje se odnose na unapređenja na fizičkom nivou. Prva od njih jeste tehnika povezivanja kanala. 802.11a i 802.11g standardi koriste kanale širine 20 MHz i OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulaciju da bi ostvarili brzine do 54 Mbit/s. Korišćenjem potpuno iste tehnologije kao 802.11a i 802.11g, neki proizvođači WLAN sistema su uspeli da ostvare brzine do 108 Mbit/s. Oni istovremeno koriste dva kanala. Povezivanjem kanala spektralna efikasnost ostaje ista kao u 802.11a i 802.11g, ali je kanal duplo širi, a na taj način se udvostručava brzina prenosa podataka. 802.11n standard omogućava korišćenje kanala širine 20 MHz i 40 MHz. Kanali širine 40 MHz se ostvaruju spajanjem dva susedna kanala širine 20 MHz. Kada koristi kanal širine 40 MHz, 802.11n koristi prednost činjenice da između dva susedna kanala postoji mali frekvencijski opseg koji razdvaja te kanale i služi za zaštitu od interferencije. Taj zaštitni opseg ne mora da postoji kod kanala širine 40 MHz, već se sada i on može iskoristiti za prenos informacija. Korišćenjem dva kanala od po 20 MHz na ovaj način, 802.11n može da postigne i veće brzine nego kada se istovremeno koriste dva odvojena kanala širine 20 MHz (Slika 7) [9], [10].

802.11n STAnDARD

6. 802.11n UnAPReÐenJA nA MAc nIVOU

Slika 7. Spajanje dva kanala širine 20 MHz u jedan širine 40 MHz

802.11n na fizičkom nivou koristi unapređenu OFDM modulaciju u odnosu na 802.11a/g sisteme.

Mbit/s, dok ona za tri predajnika iznosi 195 Mbit/s, odnosno 260 Mbit/s za četiri predajnika.

U slučaju 802.11a i 802.11g sistema, jedan simbol traje 4 µs, uključujući i zaštitni interval (guard interval) od 800 ns. Zaštitni interval omogućava svim simbolima koji prelaze veće putanje da stignu do prijemnika pre pristizanja narednog simbola. Naime, ukoliko se signal prostire po više putanja, zaštitni interval od 800 ns omogućava da simbol koji poslednji stiže do prijemnika pređe za oko 2,5 km duži put od simbola koji prvi stiže do prijemnika, a da ne dodje do preklapanja sa narednim simbolom koji prvi stiže do prijemnika. Za brzine od 54 Mbit/s, svaki simbol prenosi 216 bita podataka. Podaci se prenose preko 48 podnosilaca. Pored ovoga postoje još 72 bita koji se koriste za ispravljanje grešaka u svakom simbolu, a to znači da svaki simbol nosi ukupno 288 bita na brzini od 54 Mbit/s. Da bi se upakovalo toliko mnogo bita u svaki podnosilac, koristi se 64-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulacija.

Kada se koriste kanali širine 40 MHz, 802.11n povećava broj podnosilaca na 108 (odnosno 114 uključujući i pilote koji ne nose podatke). To omogućava maksimalne brzine od 135 Mbit/s, 270 Mbit/s, 405 Mbit/s, odnosno 540 Mbit/s, korišćenjem od jednog do četiri prijemnika, respektivno.

802.11n nastavlja da koristi OFDM modulaciju i simbol trajanja 4 µs. Kada koristi kanal širine 20 MHz, 802.11n povećava broj podnosilaca sa 48 na 52 (od kojih 48 prenose podatke). To dovodi do brzine od 65 Mbit/s za jedan radio signal. U slučaju dva predajnika, maksimalna brzina prenosa podataka je 130

802.11n omogućava da se koriste različite modulacije u različitim prostornim tokovima. Recimo, neki prostorni tokovi mogu da koriste QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), neki 16-QAM, a neki prostorni tokovi mogu da koriste 64-QAM. Uzimajući ovu činjenicu u obzir, to znači da se značajno može povećati broj različitih podržanih brzina. Međutim, u praksi ova mogućnost verovatno neće doneti neke velike koristi, jer se u tim slučajevima mora obezbediti veća količina povratnih informacija kojima prijemnik treba da informiše predajnike o uslovima prijema. 802.11n, pored ovoga, može da smanji i zaštitni interval sa 800 ns na 400 ns, kada multipath nije problem. To utiče na dodatno povećanje maksimalne brzine, pa se tako na kanalu od 20 MHz mogu, u zavisnosti od broja prostornih tokova, ostvariti brzine od 72, 144, 216 i 288 Mbit/s. Za kanal širine 40 MHz te brzine iznose 150, 300, 450 i 600 Mbit/s.

Komunikacija se u 802.11 mrežama odvija preko deljenog medijuma za koji se vezuje velika količina overheda. Za svaki ram koji se pošalje zahteva se potvrda o ispravnom prijemu, ACK (acknowledgement). Ovaj zahtev da se za svaki kontrolni i ram sa podacima šalje ACK ram u mnogome umanjuje protok 802.11 komunikacionih sistema. Pored ovoga, da bi se izbegli sudari u deljenom radio medijumu, 802.11 uređaji nakon svakog emitovanog rama moraju da čekaju neki slučajan vremenski interval (backoff period), nakon kojeg mogu ponovo pokušati da zauzmu kanal. Prvi uređaj koji naiđe na slobodan kanal ima pravo da ga zauzime. To dodatno utiče na ukupan protok sistema. 802.11n standard uvodi unapređenja na MAC (Media Access Control) nivou koja treba da ublaže probleme koji postoje u ostalim 802.11 mrežama. Da bi se smanjio overhed, 802.11n uvodi mehanizam agregacije ramova [10]. Ovaj mehanizam u osnovi šalje dva ili više ramova zajedno. 802.11n uvodi dve metode agregacije ramova: • M SDU (MAC Service Data Unit) agregacija – MSDU u suštini predstavlja sadržaj rama koji 802.11 MAC ram prenosi, odnosno paket koji je stigao sa viših nivoa (Slika 8). • MPDU (MAC Protocol Data Unit) agregacija – MPDU predstavlja ram na MAC nivou. MPDU predstavlja sadržaj rama na fizičkom nivou (PHY), koji se označava sa PSDU (PHY Service Data Unit). TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Slika 8. Odnos između MSDU, MPDU, PSDU i PPDU

Dodavanjem zaglavlja i preambule na PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) podnivou fizičkog nivoa dobija se jedinica koja se naziva PPDU (PHY Protocol Data Unit). Kada se ne koristi mehanizam agregacije ramova za svaki ram koji se prenosi, treba da postoje PLCP preambula i PLCP zaglavlje. Obe pomenute agregacije smanjuju overhed na samo jednu PLCP preambulu i jedno PLCP zaglavlje za svaki agregacioni ram koji se prenosi. Postoji mala razlika između ovih agregacija koja rezultuje u razlici između unapređenja koje se dobijaju. S obzirom na to da se sada više ramova šalje u okviru jednog agregacionog rama, broj potencijalnih sudara i vreme potrebno za backoff mehanizam se značajno smanjuju. Ograničenja mehanizma agregacije ramova jesu: • s vi ramovi koji su agregirani moraju da se šalju na isto odredište, recimo ka istoj mobilnoj stanici ili ka istoj AP tački; • svi ramovi koji treba da se agregiraju u jedan ram moraju biti spremni za slanje u trenutku agregacije; • maksimalna veličina rama koja se uspešno može poslati pod uticajem je faktora koji se naziva vreme koherencije kanala (channel coherence time). Ovo vreme zavisi od toga koliko brzo se predajnik, prijemnik ili objekti u sredini kreću. Što je brzina kretanja veća, to je manja maksimalna veličina rama. 40

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

U slučaju MSDU agregacije, prijemnik šalje samo jednu potvrdu prijema za agregacioni ram. Međutim, ukoliko agregacioni ram nije ispravno primljen zbog greške koja se dogodila u jednom ramu u okviru agregacionog rama, tada se mora ponovno poslati ceo agregacioni ram, a ne samo ram u kojem je nastala greška. Drugo ograničenje koje se odnosi na MSDU agregaciju jeste da svi ramovi koji čine veliki ram moraju imati iste zahteve za kvalitetom servisa, što, recimo, znači da se ne mogu slati govorni ramovi sa best-effort ramovima. S obzirom na to da MPDU agregacija prenosi više 802.11 ramova u okviru jednog „grupnog” rama, svaki ram zahteva sopstvenu potvrdu prijema. Umesto da se za svaki ram posebno šalje takva potvrda, 802.11n uvodi mehanizam potvrđivanja blokova ramova, Block ACK (Block Acknowledgement), gde se šalje jedan ram potvrde koji se sastoji od više pojedinačnih potvrda. U 802.11 mrežama predajnik mora da implementira slučajni backoff mehanizam koji omogućava da ne dolazi do sudara prilikom slanja ramova. U DCF

(Distributed Coordinaton Function) sistemima (sistemima koji se baziraju na nadmetanju za medijum), a to su uglavnom sistemi koji su implementirani u infrastrukturnim BSS (Basic Service Set) bežičnim mrežama, definisani su vremenski razmaci između ramova. DIFS (DCF InterFrame Space) interval je osnovni interval u DCF sistemima. Neki predajnik može započeti slanje saobraćaja tek nakon što je istekao DIFS interval posle oslobađanja medijuma. Kada neka stanica primi ram, ona potvrdu o prijemu može poslati nakon SIFS (Short InterFrame Space) intervala koji je kraći od DIFS intervala (Slika 9). 802.11n uvodi mogućnost da se SIFS interval dodatno smanji i na taj način može da unapredi performanse sistema. Taj manji interval se naziva RIFS (Reduced InterFrame Spacing). SIFS interval iznosi 10 µs za opseg od 2,4 GHz, odnosno 16 µs za opseg od 5 GHz, dok je RIFS vrednost definisana na 2 µs. Neophodno je istaći da se RIFS može koristiti samo u sistemima gde postoje isključivo 802.11n uređaji. U 802.11n mrežama uzastopni ramovi se mogu slati nakon isteka RIFS intervala. Agregacija ramova omogućava da se i ovaj RIFS interval izbaci i da se ramovi šalju zajedno. RIFS interval se koristi kada agregacija nije moguća. Slika 10. ilustruje neke procese u 802.11n mrežama. Primeri sa slike pod a) i b) ilustruju mogućnost dobi-

Slika 9. Odnos DIFS, PIFS, SIFS i RIFS intervala u procesu pristupa medijumu

802.11n STAnDARD

janja ekskluzivnog prava slanja više ramova u periodu koji se naziva TxOP (Transmission Opportunity). Ovaj mehanizam specificiran je u 802.11e standardu. Primeri sa slike pod c), d) i e) ilustruju kako se upotrebom RIFS intervala i mehanizama za agregaciju ramova dodatno smanjuje potrebno vreme za prenos više ramova.

7. KOMPATIBIlnOST SA PReTHODnIM STAnDARDIMA Verovatno će još puno vremena proći pre nego što se svi 802.11a/b/g uređaji zamene 802.11n uređajima, a verovatno će se u međuvremenu pojaviti i neka nova bežična tehnologija. Stoga, kompatibilnost sa postojećim 802.11a/b/g sistemima predstavlja veoma bitan aspekt 802.11n standarda. Slično kao što 802.11g obezbeđuje zaštitini mod za funkcionisanje sa 802.11b uređajima, i 802.11n poseduje više mehanizama u cilju ostvarivanja kompatibilnosti sa uređajima koji nisu 802.11n tipa. Ti mehanizmi omogućavaju 802.11a/b/g uređajima da razumeju

potrebne informacije (Beacon ram) koje omogućavaju da u istoj sredini funkcionišu i 802.11n uređaji. Generalno gledano, 802.11n fizički nivo može da funkcioniše u tri različita moda [11]: • Legacy mod – u cilju kompatibilnosti nisu omogućene 802.11n performanse; • Mešoviti (mixed) mod – u sredini mogu da postoje 802.11a/b/g i 802.11n uređaji i ovo je najinteresantniji način rada u većini praktičnih sistema. Slično 802.11g standardu, i 802.11n šalje signale koje uređaji prethodnih sistema mogu da dekoduju; • Green Field mod – u sredini postoje samo 802.11n uređaji.

8. ŠTeDnJA eneRgIJe U 802.11n SISTeMIMA Problem uštede energije u 802.11 sistemima je veoma izražen, a naročito kada se ima u vidu da mobilne stanice energiju uglavnom dobijaju iz baterija koje

Slika 10. Korišćenje RIFS intervala i agregacije ramova u 802.11n [10]

imaju svoja ograničenja i koje se moraju dopunjavati. Funkcionisanje u različitim opsezima zahteva još više energije u odnosu na prethodne 802.11 sisteme. Da bi se rešio ovaj problem, 802.11n dopunjuje 802.11 MAC funkcije za uštedu energije. Postoje dve dopune [12] u odnosu na originalni 802.11 standard i na funkcije koje su specificirane u 802.11e standardu (APSD – Automatic Power Save Delivery) [13]. Ta dva nova mehanizma u 802.11n standardu jesu: • S MPS (Space Multiplexing Power Save) – štednja energije pri prostornom multipleksiranju; • PSMP (Power Save Multi-Poll) – proširuje APSD na 802.11n sisteme. Mehanizam SMPS omogućava 802.11n klijentima da isključe sve osim jednog prostornog toka. Ovaj mod poseduje dva podmoda funkcionisanja: • S tatički mod – omogućava da se isključe svi osim jednog prostornog toka i tada klijent postaje u suštini 802.11a ili 802.11g klijent. Klijent obaveštava AP tačku sa kojom je asociran, da radi samo u statičkom single-radio modu. Od AP tačke se tada zahteva da šalje samo jedan prostorni tok ka klijentu sve dok je ovaj ne obavesti da su i drugi tokovi dostupni. Ovo obaveštavanje se vrši novim upravljačkim ramom koji je specificiran u 802.11n standardu. • Dinamički mod – klijent može brzo da uključi i ostale tokove kada primi ram koji je njemu namenjen. AP tačka klijentu šalje RTS (RequestTo-Send) ram, kako bi ovaj uključio svoje dodatne radio primopredajnike. Po prijemu RTS rama on ih uključuje i šalje CTS (Clear-To-Send) ram AP tački. U tom trenutku su TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

omogućeni svi primopredajnici klijenta i mogu da prime sve prostorne tokove koje AP tačka šalje. Po završetku prijema rama, klijent može promptno da se vrati u stanje sa malom potrošnjom energije. PSMP mod proširuje APSD mehanizam koji je definisan u 802.11e standardu. Korišćenjem APSD mehanizma, klijent informiše AP tačku da treba da baferuje ramove koji zahtevaju neki specifičan nivo kvaliteta servisa sve dok ih klijent ne zatraži. APSD mehanizam je veoma koristan za bežične VoIP (Voice over IP) telefone, gde je brzina prenosa podataka skoro ista u oba smera komunikacije. Kad god klijent pošalje govorne podatke AP tački, AP se „trigeruje” da pošalje baferovane govorne podatke klijentu u suprotnom smeru. Nakon prijema podataka koji su bili baferovani, klijent (npr. VoIP telefon) ulazi u neaktivno stanje sve dok ne počne sa slanjem novih govornih podataka ka AP tački.

9. Sigurnost u 802.11n mrežama Velika brzina prenosa podataka i unapređena pouzdanost 802.11n sistema može lako da utiče na to da neke LAN mreže budu u potpunosti bežične. Međutim, da bi se to desilo i da bi se omogućilo da neke bitne poslovne aplikacije pređu na bežičnu infrastrukturu, mora se obezbediti sigurnost u mreži. Što se pristupa i korisničkih podataka tiče, 802.11n standard predviđa korišćenje identične 802.11i (WPA2 – Wi-Fi Protected Access version 2) sigurnosne procedure kao i 802.11a i 802.11g sistemi [14]. Pored ovoga, mogu se uspostavljati i virtuelne privatne mreže, VPN 42

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

(Virtual Private Network), koje dodatno mogu da štite 802.11n saobraćaj, s tim što sada VPN gejtveji moraju da obezbede veći protok u odnosu na starije sisteme. U cilju sveobuhvatne sigurnosne politike WLAN mreža, neophodno je postojanje namenskog sistema za detekciju i prevenciju upada u WLAN sistem, WIDS/WIPS (Wireless Intrusion Detection and Prevention System). Ovi sistemi vrše monitoring radio spektra koji je od interesa u cilju detektovanja nelegalnih AP tačaka i drugih uređaja i imaju mogućnost da automatski preuzmu akcije za prevenciju napada. Part-time WIPS sistemi mogu da koriste bežičnu infrastrukturu za ograničenu detekciju napada i nelegalnih uređaja. Ovi sistemi koriste AP tačke koje na jednom kanalu opslužuju WLAN korisnike, a sa druge strane vrše off-channel skeniranje kako bi detektovale nelegalne uređaje i uhvatile neki nelegalan saobraćaj koji treba analizirati. Iako je protok 802.11n sistema brži najmanje 6 puta od tradicionalnih 802.11a/g sistema, sa unapređenjem hardvera, većina AP tačaka bi trebalo da može da obavlja WIPS funkcije i prenos podataka istovremeno. Ipak, part-time WIPS sistemi nisu optimalno rešenje za nadgledanje 802.11n sistema [15]. Kako se funkcije nadzora vrše između prenosa korisničkih podataka, to može značajno da utiče na kašnjenje pri prenosu, što je za aplikacije koje prenose govor i video podatke neprihvatljivo. Optimizacija sistema sa ciljem da više vremena koristi na opsluživanje WLAN klijenata, a manje na off-channel skeniranje, može da unapredi performanse WLAN sistema,

ali tada se ostavlja više prostora za napad. Podela vremena je još izraženija u 802.11n sistemima gde treba vršiti monitoring na kanalima širine 20 MHz i 40 MHz. To skoro udvostručuje broj kanala koje senzor (u ovom slučaju AP tačka) mora da nadgleda. Implementacija namenskog senzora koji ne opslužuje WLAN korisnike, niti obavlja funkcije povezivanja AP tačaka u mesh arhitekturi, predstavlja rešenje ovog problema. Ovi senzori sada mogu neprekidno da vrše nadgledanje sistema i da šalju informacije sigurnosnom serveru, što obezbeđuje mnogo viši sigurnosni nivo. Namenski senzori mogu da podese frekvenciju koju će da skeniraju u zavisnosti od aktivnosti u bežičnom medijumu, mogu duže da nadgledaju kanale koji su od interesa, mogu aktivno da utiču na prekidanje nelegalnih bežičnih sesija, a da za to vreme ne utiču na prenos korisničkih podataka.

10. Zaključak Bežične računarske mreže su sve prisutnije u poslovnom i svetu rezidencijalnih klijenata. One omogućavaju jednostavno povezivanje uređaja na mrežu bez potrebe postavljanja dodatne žične infrastrukture. Činjenice da se vremenom razvijaju sve zahtevnije aplikacije i da se bežični prenos bazira na deljenom medijumu, uticale su na to da projektanti sistema konstantno razvijaju nove i unapređuju postojeće tehnologije kako bi odgovorili na sve zahteve korisnika. Prvobitni 802.11 standard je usvojen 1997. godine i konstantno se od tada unapređivao amandmanima i dodatnim specifikacijama. Godine 2007. usvojen je standard koji je sva ta unapređenja svrstao u jednu specifikaciju, IEEE 802.112007. Bez obzira na to, razvoj bežičnih

802.11n STAnDARD

računarskih mreža je nastavljen, a 2009. godine usvojen je i amandman IEEE 802.11n-2009, koji omogućava višestruko veće brzine prenosa podataka. Ovaj rad je prikazao osnovne 802.11n karakteristike i unapređenja u odnosu na prethodni 802.11 standard. Trenutno se u fazi razvoja nalaze i dva nova standarda, 802.11ac i 802.11ad, koji bi trebalo da omoguće br-

zine od 1 Gbit/s i 7 Gbit/s, respektivno. U nastavku ovog rada biće objašnjena implementacija 802.11n sistema sa akcentom na probleme koji se mogu javiti kada se stara 802.11 mreža zamenjuje 802.11n sistemom. Pored ovoga, navešće se osnovni principi standarda koji treba da omoguće gigabitne brzine prenosa podataka.

literatura [1] IEEE 802.11n-2009, “IEEE Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks – Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput”, 29 October 2009. [2] IEEE 802.11-2007, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks – Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, IEEE Std 802.11-2007, (Revision of IEEE Std 802.11-1999)”, June 12, 2007. [3] Tutorial, »802.11n Demystified«, Xirrus, 2008. [4] Jim Geier: “Designing and Deploying 802.11n Wireless Networks”, Cisco Press, 2010. [5] http://www.wi-fi.org, September 2011. [6] “Wi-Fi CERTIFIED™ n: Longer-Range, Faster-Throughput, Multimedia-Grade Wi-Fi® Networks”, Wi-Fi Aliance, September 2009. [7] Eldad Perahia, “IEEE 802.11n Development: History, Process, and Technology”, IEEE Communications Magazine, July 2008. [8] Thomas Paul, Tokunbo Ogunfunmi, “Wireless LAN Comes of Age: Understanding the IEEE 802.11n Amendment”, IEEE Circuits and Systems Magazine, Q1 2008. [9] White Paper, “802.11n Technology”, Meraki, February 2011. [10] Eldad Perahia, Robert Stacey: “Next Generation Wireless LANs – Throughput, Robustness, and Reliability in 802.11n”, Cambridge University Press, 2008. [11] http://wireless.agilent.com/wireless/helpfiles/n7617b/mimo_ofdm_signal_structure.htm, September 2011. [12] White Paper, “802.11n: The Next Generation of Wireless Performance”, Cisco Systems, Inc, 2007. [13] IEEE 802.11e-2005, “IEEE Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems— Local and metropolitan area networks— Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, Amendment 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements”, November 11, 2005. [14] IEEE 802.11i-2004, “Amendment 6 to Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements”, 2004. [15] White Paper, “802.11n Demystified – Key consideration for n-abling the Wireless Enterprise”, Motorola, 2009.

Autor Dejan Nemec je rođen u Kikindi 1972. godine. Od 1976. živi u Novom Sadu. Diplomirao je 1998. na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu. Stručni naziv Specijalista za savremene komunikacione tehnologije iz oblasti elektrotehnike i računarstva je stekao 2009. godine na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu. Od 1999. godine do danas radi na Fakultetu tehničkih nauka, na Katedri za telekomunikacije i obradu signala, prvo kao stručni saradnik, a sada kao predavač strukovnih studija. Koordinator je serije kurseva „NKT – Napredne komunikacione tehnologije“, koje Katedra za telekomunikacije i obradu signala organizuje za potrebe privrede. Autor je nekoliko kurseva iz NKT serije. Objavio je više radova na domaćim naučnim skupovima i u domaćim časopisima. Član je IEEE.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

Igor Vuković

Digitalna forenzika mobilnih telefona za potrebe krivičnog postupka Sadržaj Mobilni telefon predstavlja multifunkcionalni telekomunikacioni uređaj koji je, kao nijedan drugi, postao neodvojivi deo svakodnevnice. Mobilni telefoni su široko prihvaćeni i korisnici ih svuda nose sa sobom, poseduju čak po nekoliko uređaja ili korisničkih brojeva, a posebno je zanimljivo što, bez obzira na nivo tehničkog obrazovanja i aspiracija prema novim tehničkim dostignućima, svaki korisnik nastoji da ovlada sve većim brojem funkcija, ali i da poseduje uređaje sa novim ili naprednijim mogućnostima. S druge strane, mobilni telefoni danas mogu da čuvaju veliku količinu podataka vezanih za komunikacije (radi se već o hiljadama SMS poruka i poruka elektronske pošte), mogu se upotrebljavati i za bežični pristup Internetu (GPRS, EDGE, 3G, Wi-Fi), mul-

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Digitalna forenzika mobilnih telefona za potrebe krivičnog postupka

tifunkcionalnost telefona već dostiže mogućnosti personalnih računara, ali ide i korak dalje, jer integriše i uređaje kao što su fotoaparati, video kamere, snimači zvuka i uređaji za GPS navigaciju, i sve to mobilni telefon čini bogatim izvorom različitih podataka i informacija koje se ne mogu sagledati bez primene posebnih alata. Takve karakteristike mobilnih telefona i osobine njihovih korisnika naglašavaju značaj prikupljanja podataka koji se na njima nalaze za potrebe rada državnih bezbednosnih struktura, vođenja krivičnog postupka, ali i obezbeđivanja korporativne zaštite. U ovom radu je dat pregled mogućnosti mobilnih telefona kao izvora digitalnih dokaza i drugih informacija, kao i načina, alata i procedura prikupljanja podataka sa njih, i razmatraju se specifičnosti vezane za forenziku mobilnih telefona u krivičnom postupku, pre svega sa stanovišta digitalnog dokaza kao suštinskog rezultata forenzičkog rada, kao i osobenosti ove vrste digitalne forenzike u odnosu na forenziku računara koja je već u značajnoj meri standardizovana.

ABSTRAcT Mobile phone is a multifunctional telecommunications device which has, unlike any other device, become an inseparable part of everyday life. Mobile phones are widely used and users carry them everywhere. Some users even possess several devices and user numbers, but it is particularly interesting that, regardless of the level of technical education and aspirations towards new technical developments, each user tries to master an increasing number

of functions and also to own devices with new or advanced functions. On the other hand, mobile phones can now store a large amount of data related to communications (like thousands of text messages and e-mails), they can be used for wireless Internet access (GPRS, EDGE, 3G, Wi-Fi). Mobile phone, with its multifunctional properties, already reaches the levels of functionality of personal computers, and it goes a step further because it integrates devices such as cameras, video cameras, sound recorders and GPS navigation units. All this makes a mobile phone a rich source of data and information which cannot be acquired without the use of special tools. Such characteristics of mobile phones and their users emphasize the importance of data collection for the needs of law enforcement agencies, criminal proceedings and corporate protection. This paper reviews the possibilities of mobile phones as a source of digital evidence and other information. It also reviews methods, tools and procedures of data collection stored on them. Specific circumstances related to mobile phone forensics in criminal proceedings are considered primarily from the standpoint of digital evidence being an essential result of forensic work. Peculiarities of this type of digital forensics in relation to the already greatly standardized computer forensics are also considered.

1. UVOD Masovna upotreba mobilnih telefona, zasnovana na njihovoj funkcionalnosti, jednostavnom korišćenju i pristupačnosti, kako u pogledu toga da ih korisnik uvek može nositi sa sobom, tako i u po-

gledu cena čiji široki opseg omogućava masovno korišćenje, dovela je do toga da postanu izuzetno zanimljivi za učesnike u krivičnom postupku. Mobilni telefoni mogu biti sredstvo za izvršenje krivičnog dela (na primer, snimanje dečije pornografije ili zlostavljanja), mogu biti objekat izvršenja (bilo da su ukradeni ili zaraženi zlonamernim softverom) i mogu sadržati dokaze vezane za određeno krivično delo. Oni se sa izvršiocem krivičnog dela nalaze na licu mesta, u toku pripreme izvršenja, pa i dok je u bekstvu (uglavnom različiti uređaji u svakoj fazi). Dokazi koje sadrže su raznovrsni i brojni, a sačuvani su u digitalnom formatu. Još 2003. godine Kris Samers je u članku pod naslovom Mobile phones - the new fingerprints napisanom za BBC News objasnio "da su u proteklih pet godina desetine ubica (u Velikoj Britaniji) bile osuđene delimično zahvaljujući dokazima vezanim za njihove mobilne telefone ili telefone žrtava"[1], ističući na taj način značaj digitalnih dokaza još pre nego što je bilo koja od danas renomiranih firmi uopšte počela da proizvodi forenzičke alate za mobilne telefone. U Americi je, takođe 2006. godine, zabeleženo da je 80% sudskih slučajeva u to vreme imalo neku vrstu digitalnih dokaza povezanih sa njima [2]. U Srbiji je porasla svest o značaju digitalnih dokaza, mobilni telefoni se rutinski oduzimaju prilikom pretresa, a forenzika se traži pre svega u pretkrivičnom i prethodnom krivičnom postupku, ali neretko i u glavnom krivičnom postupku. Što se same forenzike mobilnih telefona tiče, ona u srpskoj policiji sistematizovano funkcioniše tek četiri i po godine, a rezultat od preko 3000 forenzički obrađenih telefona (i SIM kartica) je značajan čak i za države mnogo veće od Srbije, mada srazmeran stopi kriminala. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

2. Digitalni dokazi Da bi se rasvetlilo krivično delo i otkrio njegov počinilac, moraju se prikupiti i obezbediti relevantni dokazi, koji se kasnije u krivičnom postupku izvode i ocenjuju od strane suda, kako bi se stvorilo uverenje o istinitosti činjenica koje se dokazuju, a važne su za krivični predmet [3]. Digitalni dokazi mogu imati posredne ili neposredne relacije prema bilo kom krivičnom delu iz Krivičnog zakonika, a oni pronađeni na mobilnim telefonima, uz podatke dobijene od operatora mobilne telefonije, mogu da ukažu na detalje kao što su: vreme kada se neki događaj desio, gde su se okrivljeni ili oštećeni nalazili i sa kim su komunicirali; sadržaji komunikacija SMS i MMS servisima, koji mogu da ukažu na to kako je krivično delo planirano ili izvršeno; imena ili nadimci pronađeni u imeniku mobilnog telefona, pretplatnički brojevi koji su im dodeljeni, kao i adrese elektronske pošte, a koji mogu da identifikuju lica, posebno kada se radi o organizovanoj grupi. Pojam dokaza se po pravilu ne definiše u zakonskim aktima, a to je slučaj i sa domaćim zakonodavstvom, već se uzima kao poznat pojam, a sama definicija se prepušta pravnoj teoriji i tumačenju. Ipak, definisanje digitalnog dokaza ima praktičan značaj u cilju sužavanja mnoštva datoteka i informacija koje se mogu dobiti, i to samo iz jednog izvora, na one koje mogu da se upotrebe kao dokazi. Digitalni dokaz može se definisati kao bilo koji podatak sačuvan ili prenet korišćenjem računara, a kojim se potvrđuju ili opovrgavaju teorije o načinu izvršenja krivičnog dela ili označavaju kritični elementi dela kao što su namera ili alibi [4], ali i kao skup podataka koji mogu 46

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

da dokažu da je krivično delo počinjeno ili da povežu zločin i žrtvu ili zločin i počinioca [5]. Definicija predložena od strane Radne grupe za standardizaciju digitalnih dokaza (Scientific Working Group on Digital Evidence - SWGDE) je da je to bilo koja informacija koja ima dokazujuću vrednost i koja je pohranjena ili preneta u digitalnoj formi. Međunarodna organizacija za računarske dokaze (International Organization of Computer Evidence - IOCE) definiše digitalne dokaze kao informacije sačuvane ili prenete u binarnom formatu na koje se može pozvati na sudu. Kod navedenih definicija karakteristična su dva momenta: digitalni format podataka, odnosno da se radi o podacima sačuvanim ili prenetim pomoću računara (mobilni telefoni predstavljaju sisteme sa uže određenom namenom koji sadrže integrisani računar), i dokazna vrednost, odnosno kredibilitet. Dokazni kredibilitet je u direktnoj vezi sa Zakonikom o krivičnom postupku (u daljem tekstu ZKP) koji, pre svega, određuje proceduralno ispravne načine prikupljanja dokaza. Važno je napomenuti da se dokazni kredibilitet javlja u dva oblika: načelnom, u smislu opštih zakonskih rešenja, i konkretnom, u odnosu na ocenu suda vezanu za određeni krivični slučaj. Dokazni kredibilitet digitalnih dokaza će uglavnom biti u konkretnom obliku, pošto ZKP ne propisuje postupanje u procesu dolaženja do digitalnih dokaza (osim postupaka prilikom privremenog oduzimanja predmeta), što iziskuje tehničku opravdanost, kao i zasnovanost na forenzičkim principima, svih postupaka prilikom prikupljanja ove vrste dokaza. Prikupljanjem i obradom digitalnih dokaza prirodno bi trebalo da se bavi ode-

ljenje kriminalističke tehnike, jer ono proučava i primenjuje metode i sredstva iz oblasti prirodnih i tehničkih nauka u cilju otkrivanja i razjašnjavanja krivičnih dela, otkrivanja počinilaca i obezbeđivanja dokaza [6]. Iako referentne obrazovne institucije u oblasti pravnih nauka nisu uvrstile prikupljanje digitalnih dokaza sa mobilnih telefona ili računara u svoje kriminalističke udžbenike, ipak treba istaći da postoje načela kriminalistike koja su univerzalna i po kojima se mora postupati u radu. Načela kriminalistike su: načelo zakonitosti, načelo metodičnosti, načelo operativnosti i brzine, načelo temeljitosti i načelo čuvanja službene tajne.

3. Mobilni telefoni kao izvor digitalnih dokaza Mobilni telefoni su laki i kompaktni komunikacioni uređaji koji imaju mogućnost obavljanja niza funkcija. U osnovi se sastoje od mikroprocesora, stalne memorije (ROM) u kojoj je smešten operativni sistem, privremene memorije (RAM) neophodne za rad aplikacija, radio-modula, procesora digitalnog signala, mikrofona i zvučnika, različitih tastera, interfejsa i displeja. Uz manje razlike između pojedinih modela, većina telefona podržava govornu komunikaciju, razmenu tekstualnih poruka i osnovne aplikacije za organizovanje ličnih podataka (PIM – Personal Information Management), koje uključuju telefonske imenike i kalendare. Konstantan razvoj je uvodio sve više novih mogućnosti i tehničkih unapređenja. Pored neprestanog povećavanja kapaciteta interne fleš memorije, integrisani su i čitači memorijskih karti-

Digitalna forenzika mobilnih telefona za potrebe krivičnog postupka

ca (na primer čitači kartica tipa Mini Secure Digital – MiniSD i MultiMedia Card – MMC), čime je omogućeno skladištenje sve veće količine raznovrsnih podataka (kapaciteti obe vrste memorija već se isključivo izražavaju u gigabajtima). Mobilni telefoni postaju spoj više uređaja poput ličnih organizatora (PDA), uređaja za globalno pozicioniranje (GPS), fotoaparata, video kamera i multimedijalnih reproduktora. Različiti bežični interfejsi, od već prevaziđenih infracrvenih (npr. IrDA) do sada aktuelnih blututa (Bluetooth) i WiFi-a pružaju mogućnost povezivanja telefona, kako međusobnog tako i sa računarima, i razmene velike količine podataka. Napredak mobilnih telefona doneo je mogućnost upotrebe servisa multimedijalnih poruka (MMS), povezivanje na Internet, što pored pretrage različitih sadržaja podrazumeva i upotrebu elektronske pošte. Kad je reč o softveru, pametni telefoni (smartphones) su napravili pravu revoluciju omogućivši instaliranje i korišćenje velikog broja različitih aplikacija (repozitorijum za operativni sistem Android sadrži više od 260.000 aplikacija [7], a App Store više od 500.000 aplikacija za iPhone telefone [8]). Uz mogućnost obavljanja više poslova u isto vreme (multitasking), funkcionalnost mobilnih telefona dostigla je nižu klasu računara. Standardni softver najrasprostranjenijih operativnih sistema za pametne telefone, kao što su Android, Symbian, iOS, RIM (Research In Motion), Bada i Microsoft [9], nude aplikacije za pregledanje datoteka paketa Microsoft Oﬃce i dokumenata u PDF formatu, aplikacije za mape i navigaciju, Internet pretraživače i brojne aplikacije za rad sa najpopularnijim Internet servisima i društvenim mrežama.

Instaliranjem aplikacija za multimedijalnu komunikaciju preko Interneta (kao što su Skype ili neki od instant mesindžera), telefon se može koristiti za pozivanje ili slanje poruka i bez korišćenja GSM mreže na mestima gde postoje pristupne tačke za bežični Internet. Sve navedeno ukazuje na to da mobilni telefoni imaju raznovrsne mogućnosti kreiranja, preuzimanja i razmene velikog broja različitih datoteka i informacija potrebnih ili interesantnih korisniku, što ih upravo čini vrlo zanimljivim za forenziku i krivični postupak. Neke od informacija koje se mogu dobiti sa mobilnih telefona i koristiti kao dokazi su [10]: • I MEI broj (International Mobile Equipment Identity) koji jedinstveno identifi kuje uređaj; • lista pozvanih brojeva, dolaznih i propuštenih poziva sa detaljima o ovim komunikacijama; • sačuvane SMS i MMS poruke i poruke elektronske pošte, sa podacima o pošiljaocu, odnosno primaocu i temporalnim podacima; • podaci o podešavanju parametara (podešenost vremenske zone je posebno zanimljiva jer, ukoliko nije sinhronizovana sa zonom na forenzičkom računaru, može da utiče na pogrešno prikazivanje vremena vezanog za metapodatke datoteka); • sačuvane fotografi je, audio i video zapisi (posebno zanimljivi su oni snimljeni samim telefonom); • sačuvane datoteke sa računara i one kreirane aplikacijama sa telefona; • datoteke instaliranih aplikacija; • podaci iz kalendara, telefonskih imenika i drugih PIM aplikacija; • podešavanja vezana za Internet komunikaciju i podaci dobijeni korišćenjem telefona u ovu svrhu,

poput istorije aktivnosti (History), omiljenih stranica (Favorites ili Bookmarks) i samih Internet stranica, odnosno fragmenata kada su u pitanju dinamičke stranice. Memorijske kartice su formatirane FAT (File Allocation Table) sistemom datoteka i najčešće se mogu izvaditi iz telefona, kod nekih modela i bez skidanja poklopca baterije i same baterije, i na njih mogu da se primene sve raspoložive forenzičke metode i alati karakteristični za računare, što značajno olakšava akviziciju podataka i analizu. Iako se većina podataka na aktuelnim modelima mobilnih telefona smešta na internu fleš memoriju uređaja, korisnici se zbog potrebe da menjaju telefone (često da bi prikrili trag i otežali rad organima otkrivanja i gonjenja) odlučuju da određene podatke čuvaju na SIM (Subscriber Identity Module) kartici. Pored informacija o pretplatniku i ključeva za enkripciju neophodnih za komunikaciju u GSM mreži, SIM kartice sadrže i sledeće podatke od značaja za forenziku mobilnih telefona: • s erijski broj kartice i podatke o mobilnom operatoru (na primer logo ili naziv) koji su najčešće odštampani na samoj kartici. To su podaci na osnovu kojih se od operatora mogu tražiti informacije važne za dalju istragu, poput podataka o pretplatniku, ukoliko je registrovan (što je najčešći slučaj kada se radi o postpejd korisniku), ali i pretplatnički broj kartice koji je dodeljen tom serijskom broju na osnovu koga se mogu tražiti listinzi komunikacija, PIN ili PUK kodovi i drugi podaci iz registara operatora; • Location Area Identifier (LAI) uz TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

pomoć koga može da se utvrdi (uz asistenciju operatora) oblast u kojoj se korisnik nalazio u vreme kada je uređaj poslednji put radio; • primljene tekstualne poruke, kojih može da bude 20 do 30 [11]. Postoji i mogućnost ponovnog pristupa određenom broju obrisanih poruka, jer se prilikom brisanja poruke samo bitovima statusnog bajta dodeljuje vrednost 0, dok sadržaj ostaje netaknut dok ga ne istisne nova poruka. Nakon istiskivanja od strane nove poruke, delovi sadržaja stare poruke ne ostaju čak ni u slack prostoru, jer se on ispunjava heksadecimalnom vrednošću FF; • listu kontakata (novije verzije kartica mogu da sačuvaju do 250 kontakata); • listu poslednjih biranih brojeva. U postupku forenzike mobilnih telefona mora se uzeti u obzir GSM mreža u kojoj se beleže podaci o korisniku, SIM kartici i aktivnostima telefona. GSM mreža sadrži informacije koje se mogu koristiti kao dokazi, a najvrednije se nalaze u zapisima podataka o pozivima (CDR – Call Data Record), datotekama mobilnog operatora koje sadrže podatke o svim komunikacijama u mreži [12]. To znači da, pored podataka o pretplatniku, servisima koji su mu na raspolaganju i SIM kartici (brojevi MSISDN, IMSI, ICCID, PIN i PUK), iz CDR datoteka se mogu izdvojiti informacije o datumu, vremenu, trajanju i vrsti bilo koje komunikacije, zatim o uređaju u kome se nalazila SIM kartica, kao i identifikacija ćelije preko koje je poziv ostvaren, što može da se iskoristi za lociranje korisnika. Određeni podaci iz sistema GSM mreže koji se koriste samo radi uspostavljanja i održavanja komunikacije (drugim rečima, podaci koji nisu bitni za naplatu, što utiče na njihovo relativno 48

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

kratko čuvanje), poput podataka u HLR (Home Location Register) bazi podataka, mogu u određenim trenucima biti od koristi. Primera radi, ukoliko korisnik ne isključi telefon već mu se isprazni baterija ili dođe do prekida neke druge vrste, postojaće podatak u kom rejonu se telefon nalazio u momentu gašenja, što može biti od važnosti prilikom istraga o nestalim osobama [12].

4. Forenzika mobilnih telefona Kada se kaže digitalna forenzika ili forenzika računara, odnosno mobilnih telefona, stiče se utisak da je to opštepoznati pojam i da se shodno tome često i koristi, zbog čega je taj termin izabran i u ovom tekstu, iako ni u stranoj literaturi ne postoji potpuni konsenzus o nazivu ove naučne discipline (pa se tako koriste termini computer forensics, computer analysis, computer examination, digital discovery i digital investigation), a domaća literatura ne nudi alternativu (mnogo je stranih termina u kriminalistici poput balistike, daktiloskopije i drugih, pa ne bi čudilo da se neki od navedenih sinonima iz engleskog formalno prihvati i kod nas). Nekada se upotrebljava termin veštačenje, što je u suštini pogrešno, jer nije svaka forenzička obrada telefona ili računara veštačenje, a karakteristično je da se za prikupljene digitalne dokaze može angažovati više veštaka iz različitih struka, pa i iz informatičke ili telekomunikacione. Pod digitalnom forenzikom smatra se korišćenje naučno razvijenih i dokazanih metoda za prezervaciju, prikupljanje, validaciju, identifikaciju, analizu, interpretaciju, dokumentaciju i prezentaciju digitalnih dokaza dobijenih iz izvora kao što su hard disk računara ili memorija

mobilnog telefona, a radi lakše i naprednije rekonstrukcije događaja vezanih za izvršenje krivičnog dela [13]. Ova definicija navodi konkretne korake koje je potrebno preduzeti da bi se prikupljeni podaci mogli koristiti kao digitalni dokazi, naravno uz poštovanje načela kriminalistike. Forenzika mobilnih telefona može se definisati kao naučna disciplina koja se bavi pribavljanjem digitalnih dokaza iz memorija mobilnih uređaja i SIM kartica u forenzičkim uslovima uz korišćenje prihvaćenih metoda [10]. Od svih faza forenzike mobilnih telefona koje su navedene u definiciji digitalne forenzike, akvizicija ili prikupljanje digitalnih dokaza predstavlja, u kontekstu svega do sada navedenog, vitalnu fazu, a sa tehničke strane pravi suštinsku razliku između forenzike mobilnih telefona i forenzike računara.

4.1 Metode akvizicije podataka Postupak akvizicije podređuje se očuvanju integriteta podataka i shodno tome se prilikom njegovog sprovođenja moraju poštovati određeni principi [14]: • a kcije koje se preduzimaju ne smeju menjati podatke sadržane na mobilnom telefonu ili na mediju za skladištenje (memorijska kartica); • lica koja pristupaju originalnim podacima moraju biti kompetentna za to i sposobna da objasne akcije koje preduzimaju; • neophodno je precizno dokumentovati svaki korak u radu; • lice koje vodi istragu ima odgovornost da obezbedi da se principi poštuju i da su u skladu sa važećim zakonima. U praksi se nailazi na problem pri pokušaju poštovanja prvog principa: da bi se podaci prikupili sa mobilnog telefona, on mora

Digitalna forenzika mobilnih telefona za potrebe krivičnog postupka

Razlikujemo dve vrste pristupa akviziciji podataka sa mobilnih telefona [16] :

Da bi se na ovaj način prikupljali dokazi, potrebno je poznavati svaki telefon sa kojim se radi, da bi se broj pogrešnih koraka sveo na minimum (pre svega se misli na korake koji bi vršili promene na telefonu). Zbog toga SMS poruke, koje su vrlo zanimljive za forenzičku analizu, ujedno predstavljaju izuzetno zahtevan segment manuelne akvizicije, jer se u izveštaj mora uneti ceo nepromenjen sadržaj svake poruke. Pošto se, zbog prirode savremenog organizovanog kriminala, često od stranih državljana privremeno oduzimaju mobilni telefoni koji sadrže veliki broj poruka na maternjem jeziku vlasnika, proces akvizicije se dodatno prolongira.

• a kvizicija na logičkom nivou je prikupljanje podataka sa memorije mobilnog telefona korišćenjem sistema datoteka, odnosno operativnog sistema telefona; • akvizicija na fi zičkom nivou predstavlja kopiranje celokupne memorije, bit po bit, što omogućava prikupljanje i podataka iz prostora koji nije lociran od strane operativnog sistema, odnosno oporavak obrisanih podataka.

Aplikacije na telefonima ne teže sistematičnom prikazu svih podataka koji bi bili zanimljivi forenzičarima, pa se najčešće troši dosta vremena na pretraživanje različitih menija i podmenija. Primer opet mogu biti SMS poruke, do čijih se detalja vezanih za samu komunikaciju, kao što su datum, vreme i pretplatnički broj pošiljaoca, dolazi putem podmenija, jer ekran koji prikazuje sadržaj poruke najčešće prikazuje samo naziv iz telefonskog imenika).

Navedeni pristupi se primenjuju primenom različitih metoda akvizicije podataka sa mobilnih telefona.

Greške se ne smeju dozvoliti, pa se maksimalna energija ulaže da bi se očuvala koncentracija. Upravo zbog njegovih gorenavedenih karakteristika, manuelnom pregledu se pristupa samo ako se traži određeni digitalni dokaz na uređaju [17], ili ako ne postoji drugi način da se pristupi mobilnom telefonu i prikupe dokazi. Poseban izazov su jeftini, a novi modeli mobilnih telefona koje prodaju operatori, koji često nemaju nijedan interfejs za komunikaciju sa uređajem, ali imaju velike kapacitete za skladištenje SMS poruka. Eventualne promene koje mogu nastati (na primer, primanje

da bude aktivan, a uključivanje uređaja ili njegovo povezivanje sa računarom će najverovatnije promeniti određene podatke. Ukoliko je menjanje podataka neizbežno, treba da bude u što manjoj meri [15] . Pored interne fleš memorije, mobilni telefoni poseduju i druge vrste memorija, poput memorijskih i SIM kartica, čija forenzika se može vršiti nezavisno. Zbog toga, kada se govori o akviziciji podataka sa mobilnih telefona, pre svega se misli na prikupljanje podataka sa memorije samog uređaja.

4.1.1 Manuelni pregled mobilnih telefona Manuelni pregled mobilnih telefona predstavlja jednostavan, ali vrlo naporan i vremenski zahtevan metod akvizicije podataka. Radi se o pristupu akviziciji na logičkom nivou korišćenjem aplikacija mobilnog telefona, uz pomoć kojih lice koje prikuplja digitalne dokaze ostvaruje uvid u različite sadržaje, pri čemu podatke upisuje u izveštaj bez ikakve automatizacije procesa.

poziva i SMS poruka) usled potrebe da u toku manuelne akvizicije uređaj bude uključen sprečavaju se korišćenjem Faradejevog kaveza (najčešće u obliku specijalnih kesa koje blokiraju električno polje) i kloniranjem SIM kartica (na praznu karticu snime se ICCID i IMSI brojevi čime se omogućava rad telefona, ali ne i pristup mobilnoj mreži).

4.1.2 Akvizicija putem konekcionih servisa Akvizicija putem konekcionih servisa predstavlja trenutno najzastupljeniju metodu, na kojoj su bazirani forenzički alati koji koriste protokole za slanje komandi i prijem podataka za komunikaciju sa servisima. Radi se takođe o akviziciji na logičkom nivou, pri čemu se koriste bilo otvoreni protokoli [18] kao što su AT Command Set, SyncML ili OBEX, koji su već zastareli, ili fabrički protokoli poput Nokia FBUS [19]. Postoje i razvojni alati [20] koji programerima omogućavaju kreiranje aplikacija koje koriste servise mobilnih telefona bez implementacije osnovnih protokola. Akvizicija preko konekcionih servisa vrši se pomoću dve vrste alata. Najčešći se koriste alati samih proizvođača mobilnih telefona ili nezavisnih programera, koji omogućavaju prikupljanje određenog skupa podataka, a namenjeni su pre svega sinhronizaciji računara i mobilnog telefona ili pravljenju rezervnih kopija, a ne forenzici. Česta posledica nepažnje pri korišćenju ovakvih alata je ozbiljno narušavanja očuvanosti digitalnih dokaza, a dobijeni podaci su uglavnom u formi neupotrebljivoj za kreiranje izveštaja (česti su bili problemi sa Nokia PC Suite (za različite modele ovog proizvođača), koji SMS poruke prikazuje tabelarno, ali ne dozvoljava kopiranje podataka, niti nudi bilo kakav eksport). TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

U drugu vrstu forenzičkih alata spadaju: • M icroSystemation XRY; • Logicube CellDEK; • Cellebrite Universal Forensics Extraction Device (UFED); • Oxygen Phone Manager – Forensic Edition; • Paraben Device Seizure. Navedeni alati koriste iste protokole kao i neforenzički alati proizvođača, ali ne implementiraju komande koje eksplicitno modifikuju sadržaj memorije mobilnog telefona. Međutim, to ne garantuje da akcije ovih alata neće modifikovati sadržaj telefona [21], pošto komanda, iako samo zahteva podatke, može da prouzrokuje da operativni sistem promeni upravo neki od zahtevanih podataka.

taka. Ova metoda prikuplja podatke na fizičkom nivou i omogućava pravljenje forenzičke kopije cele memorije mobilnog telefona, bez obzira na to koliki memorijski prostor je zauzet. Direktan pristup memoriji omogućava oporavak obrisanih ili delimično istisnutih unosa, kao i zaobilaženje bezbednosnih mera koje bi inače onemogućile pristup podacima na logičkom nivou i pred kojima su ostale metode akvizicije nemoćne bez intervencija čiji je uticaj na očuvanost digitalnih dokaza neizvestan. Još jedna prednost direktnog pristupa je njegova nezavisnost od toga da li će operativni sistem mobilnog telefona obezbediti ispravne rezultate akvizicije, što nije slučaj sa ostalim metodama. Mogu se primeniti tri metode direktnog pristupa [16]:

4.1.3 Konekcioni agenti Konekcioni agenti su mali programi (na primer, konekcioni agent forenzičkog alata XRY instaliran na telefonu Nokia N95 zauzima svega 34 kB) koji se smeštaju na ciljni uređaj da bi obezbedili konekciju i razmenu podataka između telefona i forenzičkog alata. Ovakav pristup koristi klijent-server arhitekturu sa agentom u ulozi servera, bez koga alat ne bi mogao da dođe do podataka iz memorije mobilnog telefona. Pošto agent igra ulogu konekcionog servisa, akvizicija podataka je u suštini slična prethodno opisanoj. Metoda se često koristi kod pametnih telefona, a glavni problem je što, kolikogod njegov softver bio mali, agent mora biti smešten u memoriju, čime se njen sadržaj menja.

4.1.4 Direktan pristup memoriji Direktan pristup memoriji mobilnog telefona je najviše usklađen sa forenzičkim principima, ali predstavlja i najzahtevniju [11] metodu akvizicije poda50

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

klanjanje memorijskog čipa sa • u štampane ploče mobilnog telefona i čitanje njegovog sadržaja (ovo je za krivični postupak možda isuviše rizična procedura, jer čip može lako da bude uništen temperaturom koja se koristi za njegovo odvajanje od ploče, a samim tim i potencijalni digitalni dokazi); • upotreba porta za JTAG test (Joint Test Action Group, standardizovana procedura za testiranje interkonekcija na štampanoj ploči i podblokova unutar integrisanog kola [22]) radi pravljenja kompletne forenzičke kopije sadržaja promenljive i nepromenljive memorije telefona. Nedostatak je što je na novijim modelima sve teže naći port, odnosno doći do njega, pošto ga proizvođači često kriju [16]; • upotreba alata za flešovanje (flasher tools) namenjenih za programiranje memorije uređaja (EEPROM ili fleš memorije),

ili za otkrivanje grešaka i dijagnostiku, za šta ih proizvođači često koriste. Problem kod primene ove vrste alata je što u određenim slučajevima mogu da pročitaju samo deo memorije, a uz to svaki proizvođač ima svoj, drugačiji, interfejs za pristup, pa je nemoguće postići sveobuhvatnu primenljivost.[16]. Primena bilo koje od tri navedene metode direktnog pristupa zahteva visok nivo tehničke obučenosti i znanja, kao i laboratorijske uslove za rad. Najveći nedostatak u odnosu na ostale metode je što se posao ne završava akvizicijom, jer je neophodno analizirati sirove podatke i iz njih izdvojiti smislene i upotrebljive informacije, odnosno dokaze, koji će moći da budu prezentovani u razumljivoj formi.

4.1.5 Prikupljanje podataka iz GSM mreže Telefon radi u okviru GSM mreže [23], te se svi podaci koje sistem beleži mogu se koristiti u forenzičkoj analizi telefona. Na ovaj način se, pre svega, mogu saznati detaljni podaci o ostvarenim komunikacijama uređaja za duži vremenski period, a koji su pri tom mnogo pouzdaniji nego oni koji se čuvaju na samom telefonu, pa se često ova metoda akvizicije koristi za validaciju podataka prikupljenih nekom drugom metodom. Može se zaključiti da ne postoji idealan metod akvizicije podataka, već mora da se napravi kompromis između efektivnosti i efikasnosti, odnosno da se na osnovu operativnih podataka odredi prioritet i izabere odgovarajuća metoda za svaki slučaj ponaosob. Savremeni forenzički alati objedinjuju više metoda i pristupa, uz nastojanje da vrše što manje izmene na telefonu, a da prikupe što više digitalnih dokaza. U cilju dokazivanja da svojim akcijama nije narušilo očuvanost digitalnih do-

Digitalna forenzika mobilnih telefona za potrebe krivičnog postupka

kaza, lice koje vrši akviziciju mora da dokumentuje sve aktivnosti u radu sa mobilnim telefonom i da interakciju sa uređajem svede na minimum. Što je više interakcija, to je komplikovanije dokazati da akcije nisu kompromitovale digitalne dokaze [18]. Ukoliko je mobilni telefon prilikom privremenog oduzimanja stavljen u omot i zapečaćen (što je u širem smislu i propisano članom 84. ZKPa), a branilac ili okrivljeni prisustvuje uklanjanju omota i izvođenju akvizicije, ostvareni su svi uslovi da se tako prikupljeni podaci mogu koristiti kao digitalni dokazi, odnosno otklonjene su sumnje u eventualno narušavanje dokaznog materijala. Ovde svakako treba spomenuti i tzv. lanac nadzora (chain of custody), koji podrazumeva hronološko dokumentovanje prikupljanja, kontrole, transfera i analize privremeno oduzetih predmeta, ali samo spomenuti, jer ga kao takvog naš zakon ne prepoznaje.

5. AlATI zA fORenzIKU MOBIlnIH TelefOnA Forenzički alati se mogu podeliti na one kojima je to osnovna funkcija, poput MicroSystemation XRY, Logicube CellDEK i Cellebrite UFED, i alate koji predstavljaju pokušaj proizvođača softvera za forenziku računara da svoje proizvode unaprede još jednom funkcijom (primer su Mobile Phone Examiner Plus proizvođača AccessData i, do nedavno, Neutrino firme Guidance Software, čiji je dalji razvoj za sada obustavljen). Osnovna karakteristika alata za forenziku mobilnih telefona jeste potreba da njihovi proizvođači aktivno prate tržište mobilnih telefona i da na svaki novi model, pre svega onaj koji ima potencijal široke upotrebe, reaguju odgovarajućim nadograd-

Slika 1. MicroSystemation XRY

njama softvera, ali i pratećim kablovima za povezivanje telefona sa alatom, obezbeđujući na taj način potpunu i sveobuhvatnu funkcionalnost svojih proizvoda. XRY je alat koji objedinjuje oba pristupa i navedene metode akvizicije. Sastoji se od hardverske komponente koja sadrži potrebne interfejse za povezivanje sa mobilnim telefonima (infracrveni, blutut i USB port) i koja može da se poveže sa bilo kojim računarom na kome je instaliran Windows i softverska komponenta alata. XRY trenutno može da izvrši akviziciju podataka sa 2.691 različitog modela mobilnih telefona, da napravi forenzičku kopiju memorije 929 modela, a da dekodira navedene kopije za 817 telefona. Isti je princip i kada je reč o alatu Cellebrite UFED, kod kog su takođe zastupljena oba pristupa akvizicije, a razlika je samo u činjenici da je Cellebrite integrisao hardversku i softversku komponentu u jedan uređaj, tako da za akviziciju nije potreban računar. Podržana je logička akvizicija podataka sa više od 3.000 telefona, a moguće je prikupiti i dekodirati podatke na fizičkom nivou za preko 900 različitih modela, kao i izdvojiti zaštitne šifre telefona za 650 modela. Logicube CellDEK omogućava akviziciju samo na logičkom nivou, a podržava preko 2.000 različitih modela telefona.

Slika 2. Cellebrite UFED

Slika 3. Logicube CellDEK

Zajedničko za sve alate jeste da obezbeđuju postupnost u radu prilikom akvizicije, naglašavajući forenzičaru šta, kada i kako treba da uradi, čime se maksimalno pojednostavljuje procedura i izbegava nepotrebno manipulisanje telefonom. Poštovanje postupka, koji se razlikuje od modela do modela, presudno je ne samo zbog izbegavanja narušavanja integriteta dokaza, već da bi akvizicija tehnički uopšte bila moguTeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

ća (što je pretežno vezano i za metodu akvizicije koja se primenjuje na konkretnom modelu). Uz sve alate se isporučuju i kompleti od preko 30 kablova za povezivanje sa različitim modelima mobilnih telefona.

za podatke prikupljene sa telefona, do eksportovanja kopija pronađenih datoteka, a radi izrade potrebnih izveštaja.

Svi navedeni alati imaju mogućnost akvizicije podataka i sa GPS uređaja, ali i sa tablet računara poput iPad-a i Galaxy Tab-a, što je prirodno ako se uzme u obzir da ovi uređaji koriste operativne sisteme iOS i Android, respektivno, koji se nalaze i na mobilnim telefonima.

Zajednica forenzičara mobilnih telefona se neprestano suočava sa izazovima da ostanu u toku sa najnovijim tehnologijama koje se mogu upotrebiti da bi se razotkrili relevantni tragovi u istrazi [10]. Ceo dinamički sistem koji uključuje proizvođače telefona i forenzičkih alata, izvršioce krivičnih dela i forenzičare, kao i organe otkrivanja i gonjenja i druge učesnike u krivičnom postupku, čini forenziku mobilnih telefona još složenijom.

Zajednička analiza podataka prikupljenih iz memorija mobilnog telefona i od operatora može se vršiti primenom analitičkog softvera za izradu šematskih prikaza, gde se svi strukturirani podaci mogu grafički predstaviti, čime se olakšava sagledavanje velike količine podataka (mnoštvo pojavljivanja iste vrednosti na šemi se samo jednom prikazuje kao entitet, sa relacijama prema drugim entitetima u vidu jedne ili više linija). Rezultati akvizicije se mogu eksportovati u različitim oblicima, od tabelarnog prikaza sa svim detaljima vezanim

6. Zaključak

Radeći na unapređenju svojih proizvoda, proizvođači telefona često menjaju konekcione servise, operativne sisteme i sisteme datoteka, i na taj način otežavaju posao firmama koje prave i održavaju forenzičke alate, koje sa druge strane troše značajne resurse u nastojanju da reše tako nastale probleme, čime se povećava cena proizvoda ili podrške. Iz perspektive forenzičara, ovakva situacija

predstavlja problem, jer su im neophodni alati često nepristupačni. Ostali problemi sa kojima se sreću forenzičari u krivičnom postupku vezani su za neophodnost konstantnog odmeravanja svake aktivnosti preduzete u radu sa telefonima da bi se greške svele na minimum, ali i za vreme potrebno za neprestano tehničko usavršavanje u cilju savlađivanja stalnih pokušaja izvršilaca krivičnih dela da antiforenzičkim metodama sakriju svoje podatke ili otežaju pristup. S obzirom na to da su digitalni dokazi sve zastupljeniji u krivičnom postupku i da je značaj izvora digitalnih dokaza kao što su mobilni telefoni veliki, svi problemi da se do njih dođe moraju se prevazići primenom raspoloživih alata i izborom odgovarajućih pristupa i metoda za svaki konkretan slučaj. Iako ceo postupak pribavljanja podataka sa mobilnih telefona nije normativno regulisan, postupanjem po propisima iz ZKP-a vezanim za privremeno oduzimanje predmeta, zatim poštovanjem načela kriminalistike i principa forenzike moguće je obezbediti dokazni kredibilitet tako prikupljenih podataka, što je i krajnji cilj.

Literatura [1] Summers C., "Mobile phones - the new fingerprints", BBC News, 2003 [2] Rogers M., "A Practical Approach to Digital Crime Scene Analysis", Department of Computer Technology, Purdue University, 2006 [3] Priručnik za istragu krivičnih dela u oblasti visokotehnološkog kriminala, Savet Evrope, Strazbur, 2008. [4] Vacca, J.R., "Computer Forensics: Computer Crime Scene Investigation", Charles River Media, INC., Hingham, Massachusetts, 2002. [5] Casey, E., "Digital evidence and computer crime: forensic science, computers, and the Internet", 2nd edition, Academic Press, London, 2004. [6] Aleksić, Ž., Škulić, M., „Kriminalistika”, Dosije, Beograd, 2002. [7] http://www.appbrain.com/stats/number-of-android-apps [8] http://en.wikipedia/wiki/App_Store_%28iOS%29#Number_of_launched_applications [9] http://www.gartner.com/it/page.jsp?id=1764714 [10] Jansen W., Ayers R., "Guidelines on Cell Phone Forensics", National Institute of Standards and Technology, U.S. Department of Commerce, 2007 [11] Willassen S., "Forensic analysis of mobile phone internal memory", Norwegian University of Science and Technology, 2005 [12] Willassen S., "Forensics and the GSM mobile telephone system", International Journal of Digital Evidence, 2003. [13] Palmer, G., “A road map for digital forensic research”, Technical report, First Digital Forensic Research Workshop, 2001. [14] Ayers, R., Jansen, W., Cilleros, N., Daniellou, R., "Cell phone forensic tools: An overview and analyisis", National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland 2005.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Digitalna forenzika mobilnih telefona za potrebe krivičnog postupka

[15] Carrier, B., "Open source digital forensic tools – the legal argument", Research report, At Stake, 2002 [16] Keonwoo Kim, Dowon Hong, Kyoil Chung, Jae-Cheol Ryou, "Data Acquisition from Cell Phone using Logical Approach", Proceedings of World Academy of Science, Engineering and Technology, 2007. [17] Casey, E., "Digital evidence and computer crime: forensic science, computers, and the Internet", 2nd edition, Academic Press, London, 2004. [18] Mokhonoana P., Olivier M., "Acquisition of a Symbian smart phone’s content with an on-phone forensic tool," Proceedings of the Southern African Telecommunication Networks and Applications Conference 2007 (SATNAC 2007), Sugar Beach Resort, Mauritius, September 2007. [19] Kot, P. and Zoltan, B. (2006). gnokii project. Website. [20] McDowall, I., "Programming PC Connectivity Applications for Symbian OS", Wiley, 2004. [21] McCarthy, P., "Forensic analysis of mobile phones", Master’s thesis, University of South Australia, 2005. [22] http://en.wikipedia.org/wiki/Boundary_scan [23] Croft, N., "Secure interoperation of wireless technologies", Master’s thesis, University of Pretoria, 2004.

Autor Igor Vuković je diplomirao na Vojnoj akademiji, Smer veza, 2001. godine. Nakon godinu dana rada u tadašnjoj Vojsci Jugoslavije prešao je u Ministarstvo unutrašnjih poslova, u Upravu za borbu protiv organizovanog kriminala, gde je radio na poslovima primene operativno-tehničkih mera. Od aprila 2006. radi kao izvršilac, a od marta 2007. godine postaje i šef Odseka za prikupljanje i obradu digitalnih dokaza. Odsek u kome radi bavi se forenzikom računara i mobilnih telefona na nivou Ministarstva. Magistrirao je na fakultetu tehničkih nauka "Mihajlo Pupin" u Zrenjaninu, sa radom iz oblasti informacionih sistema.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

Marko Barjaktarović

Performanse detektora ivica baziranog na množenju wavelet koeficijenata SADRŽAJ Detekcija ivica u slici je jedan od osnovnih koraka u interpretaciji sadržaja slike, možda i najvažniji. Za ispravnu detekciju svih ivica neophodan je multirezolucijski pristup, u kojem wavelet transformacija igra ključnu ulogu. Rad ukratko prikazuje dosadašnje doprinose u ovoj oblasti i predlaže novi, modifikovani algoritam baziran na množenju wavelet koeficijenata sa prve tri skale kao detektor ivica opšte namene. Na kraju je opisana i jedna od metodologija poređenja detektora ivica, čijim korišćenjem je dat uporedni prikaz predloženog algoritma i nekoliko algoritama koji se često sreću u literaturi.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Performanse detektora ivica baziranog na množenju wavelet koeficijenata

1. UVOD Interpretacija sadržaja slike predstavlja krajnji cilj kompjuterske vizije i jedan je od najznačajnijih i najčešćih zadataka obrade slike. Slika poseduje veliki broj informacija o snimljenoj sceni, kao što su broj i oblik objekata, njihova veličina, orijentacija, tekstura i drugo, tako da izdvajanje tih objekata iz pozadine predstavlja primarni zadatak koji se mora izvršiti pre finalne interpretacije [1]. U cilju izdvajanja konture objekta neophodno je odrediti ivice koje definišu taj objekat, i ta činjenica potvrđuje da detekcija ivica ima ključnu ulogu u kompjuterskoj viziji [2], što rezultuje objavljivanjem nekoliko novih detektora ivica godišnje [4]. Predstavljanje slike pomoću ivica objekata prisutnih u snimljenoj sceni drastično smanjuje količinu podataka koje je potrebno obraditi, zadržavajući ključne informacije o obliku objekta. Dobijene ivice objekata se mogu potom iskoristiti u algoritmima za prepoznavanje i klasifikaciju objekata. Najvažnija osobina detektora ivica je mogućnost izdvajanja ivice tamo gde ona zaista postoji, sa ispravnom orijentacijom i dobrom lokalizacijom. Međutim, i pored velikog broja postojećih detektora, ne postoji opšte prihvaćen parametar koji opisuje kvalitet ivica i često se poređenje vrši subjektivno i na osnovu aplikacije u kojoj se detektor ivica primenjuje [1]. Uopšteno, detekcija ivica se sastoji od tri koraka. U prvom koraku potrebno je maksimalno smanjiti šum u slici, kako bi se ostvarile što bolje performanse detektora, odnosno sprečili lažna detekcija nepostojećih ivica, izostanak detekcije pravih ivica i delokalizacija pozicije ivica objekata. Redukcija šuma se naj-

češće vrši niskopropusnim (low-pass) filtriranjem, jer šum predstavlja visokofrekvencijski signal. Međutim, uklanjanjem šuma gubi se i deo informacije o ivici objekta, jer i sama ivica predstavlja visokofrekvencijski signal i prelaz između objekta i pozadine će nakon filtriranja biti manje izražen. Drugi korak u detekciji ivica je visokopropusno filtriranje, najčešće realizovano pomoću diferenciranja, pri čemu deo signala koji nije uklonjen niskopropusnim filtriranjem predstavlja potencijalnu ivicu objekta. U trećem koraku potrebno je lokalizovati ivicu i ukloniti piksele koji su lažno detektovani kao ivični, jer proizvode sličan izlaz iz visokopropusnog filtra kao i ivični pikseli. Niskopropusno filtriranje zahteva konstrukciju optimalnog filtra koji predstavlja kompromis između eliminacije šuma i očuvanja strukture ivice. Ivica se najčešće opisuje svojom skalom koja se može tumačiti kao širina ivice, odnosno deo u kome se javlja prelaz između dva uniformna regiona u slici. Uobičajeno je da filtar sadrži parametar koji određuje njegovu skalu, i u slučaju Gausovog filtra skala odgovara standardnoj devijaciji σ. Ukoliko širina ivice približno odgovara parametru σ, položaj ivice dobija se kao lokalni maksimum apsolutne vrednosti

konvolucije signala sa prvim izvodom Gausovog filtra. Ukoliko se koristi drugi izvod, ivicu predstavlja prolazak kroz nulu (zero crossing) konvolucije signala sa drugim izvodom niskopropusnog filtra, najčešće Gausovog. Međutim, kako slika sadrži objekte različitih veličina i oblika ivica, pri čemu neki od njih mogu biti i van fokusa kamere, nemoguće je samo na jednoj skali detektovati sve potrebne ivice, što je ilustrovano na Slici 1. Iako je za detekciju najvećeg broja ivica u slici neophodno analizirati sliku na nekoliko skala, prvi detektori ivica (u literaturi se nazivaju i klasični detektori) ne sadrže niskopropusni filtar za uklanjanje šuma, već se izvršava samo diferenciranje slike. Najpoznatiji su Sobel (1970. godina), Prewitt (1970), Kirsch (1971), Robinson (1977) i Frei–Chen (1977), nazvani po svojim autorima. Sobel i Prewitt detektori ivica procenjuju gradijent na osnovu maske 3x3, a piksel se proglašava za ivični ukoliko je gradijent veći od definisanog praga. Slični su Kirsch i Robinson detektori, koji koriste 8 maski, za svaki pravac po jednu. Frei– Chen detektor ivica koristi 9 maski i dodatno procesiranje koje ispoljava najbolje rezultate u odnosu na druge klasične detektore ivica [7], [8]. Ipak, Sobel detektor ivica je najpoznatiji i najpopu-

Slika 1. Uticaj skale niskopropusnog filtra na veličinu objekta koji se želi detektovati [6].

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

larniji među klasičnim metodama, zbog svoje jednostavnije implementacije i boljih performansi pri detekciji dijagonalnih ivica u odnosu na Prewitt detektor [9]. Najveći problem klasičnih metoda detekcije ivica predstavlja njihova velika osetljivost na šum, jer ne sadrže korak niskopropusnog filtriranja. Međutim, oni koriste maske čiji se efekat može posmatrati kao razlika srednjih vrednosti piksela sa različitih strana ivice, što predstavlja vid niskopropusnog filtriranja. Ako bi se povećala površina koja se koristi za određivanje srednje vrednosti, uticaj šuma bi se umanjio. Ta ideja je korišćena kod realizacije klasičnih detektora ivica sa većim maskama. Veličina maske se menja od tačke do tačke slike. Za svaki piksel povećava se dimenzija maske sve dok naglo ne opadne izlazna vrednost detektora. Optimalna dimenzija maske za posmatrani piksel je dimenzija koja prethodi naglom padu izlazne vrednosti detektora. Predložene dimenzije detektora srazmerne su stepenu broja 2 [10]. Jasno je da je opisani postupak detekcije ivica nepraktičan za izvršavanje u realnom vremenu, ali predstavlja prvi korak u procesiranju slike na različitim skalama. Ogroman doprinos u razvoju detektora ivica dali su Marr i Hildreth (1980) [11] i Canny (1986) [5]. Oba detektora su bazirana na Gausovom filtru, koji je, zbog svojih dobrih karakteristika, najzastupljeniji filtar u obradi slike [1]. U cilju detektovanja ivica Marr i Hildreth su predložili određivanje prolaska kroz nulu drugog izvoda u pravcu gradijenta. Utvrdili su da se varijacija intenziteta u slici javlja na različitim skalama, što zahteva upotrebu niskopropusnog filtra različitih standardnih odstupanja σ. Međutim, detekcija prolaska kroz nulu je pouzdan metod pronalaska ivice samo u 56

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

slučaju velikog odnosa signal-šum. Javlja se i greška u lokalizaciji pozicije ivice koja je srazmerna standardnoj devijaciji filtra. Dodatni problem predstavlja i detekcija lažnih ivica, jer nula u drugom izvodu ukazuje i na maksimum i na minimum prvog izvoda, a ivica odgovara isključivo maksimumu apsolutne vrednosti prvog izvoda. U zavisnosti od odnosa signal-šum moguć je i nedostatak pojedinih pravih ivica u rezultujućoj slici. Ipak, performanse Marr i Hildreth detektora ivica su bolje u odnosu na klasične detektore [12]. Najpopularniji detektor ivica predložio je Canny [5] i njegov algoritam se i danas smatra standardnim algoritmom za detekciju ivica u industriji i ispoljava bolje performanse u odnosu na mnoge novije detektore ivica. Canny je detekciju ivica posmatrao kao optimizacioni problem. Razmatrao je tri kriterijuma koje bi detektor ivica trebalo da ispuni: - ispravna detekcija, odnosno primena optimalnog filtra koja rezultuje velikim odnosom signal-šum, - tačna lokalizacija ivice, - samo jedan odziv za svaku pronađenu ivicu. Filtar koji zadovoljava pomenuti kriterijume Canny je odredio varijacionim računom. Pokazao je da ne postoji analitičko rešenje, ali da se u slučaju 1D signala i odskočne ivice optimalni filtar može aproksimirati prvim izvodom Gausove funkcije. U slučaju 2D signala, Canny je predložio upotrebu dva filtra, jednog u pravcu x-ose i drugog u pravcu y-ose. Canny detektor određuje ivicu tražeći lokalne maksimume u pravcu gradijenta, a zatim se na kandidate primenjuje princip dvostrukog praga [12], kako bi se odbacile lažne ivice koju su

posledica šuma. Opisana procedura može se primeniti i za pronalaženje ivica proizvoljnog profila [1], ali je uobičajena primena standardnog algoritma razvijenog za odskočnu ivicu [12] i on se i podrazumeva kada se koristi Canny detektor. Canny je predložio i šemu za kombinaciju rezultata detekcije ivica na različitim skalama. Nedostatak Canny detektora predstavlja nemogućnost razlikovanja varijacija sive boje usled šuma ili nedovoljno izraženih ivica kada ne postoji dovoljno izražen prelaz između dve oblasti [3]. Ipak, najveći broj detektora razvijenih nakon pojave Canny-evog koriste ili Gausov filtar ili funkciju sličnu Gausovoj i njene izvode. Navedeno opravdava verovanje da se optimalan linearan filtar za detekciju ivica ne razlikuje značajno od Gausovog filtra i njegovih izvoda [1]. Iako su realizovani pre više od dve decenije, Canny i Marr–Hildreth detektori su i danas najzastupljeniji i smatraju se referentnim detektorima, zbog čega se najčešće i koriste pri ispitivanju performansi drugih detektora ivica. Usledio je multirezolucijski pristup detekciji ivica koji se sastoji od ponovljenih detekcija ivica na nekoliko različitih skala primenom Gausovog filtra, u cilju postizanja željenih performansi. Najveći izazovi su izbor pravog skupa skala, sinteza rezultata detekcije ivica na različitim skalama i prilagođavanje na različite nivoe šuma u slici. Među prvima koji su se bavili ponašanjem signala na različitim skalama je Witkin [13]. Posmatrao je karakteristike 1D signala na različitim skalama nakon primene LoG filtra (Laplacian of Gaussian), prateći lokacije prolaska kroz nulu rezultata primene LoG filtra i zadržavajući one kod kojih

Performanse detektora ivica baziranog na množenju wavelet koeficijenata

se prolazak kroz nulu javlja na većem broju skala. Witkin-ov rad predstavlja osnovu za mnoge detektore ivica koji razmatraju sliku na različitim skalama, a koji su kasnije usledili [3]. Gothtasby je predložio algoritam koji koristi modifikovanu predstavu slike na različitim skalama [14]. Na svakoj skali beleži se znak posmatranog piksela nakon primene LoG filtra. Kada se odredi predstava slike na svim potrebnim skalama, započinje postupak praćenja ivica od najviše ka najnižoj skali. Nedostatak opisanog algoritma ogleda se u velikoj količini memorije koju zahteva pri izvršavanju. U cilju rešavanja problema sinteze rezultata detekcije ivica na različitim skalama, Jeong i Kim su predložili iterativni postupak u kome se određuje optimalna skala za svaki piksel u slici [15]. Nakon ovog postupka dobija se finalna mapa ivica primenom Canny ili Marr–Hildreth detektora, u odnosu na koje sam algoritam pokazuje nešto bolje performanse u slici sa različitim tipovima ivica. Međutim, rezultati drastično zavise od izbora početne vrednosti parametra i broja iteracija koji se koriste za određivanje optimalne vrednosti varijanse Gausovog filtra. Mana algoritma je i dugo vreme izvršavanja [3]. Savremene metode multirezolucijske detekcije ivica bazirane su na wavelet transformaciji, koja omogućava multirezolucijsku predstavu slike. Metode koriste tu osobinu wavelet transformacije da bi se istovremeno analizirala struktura slike na malim i velikim skalama, i da bi se kombinovale informacije o ivicama sa različitih skala. Koeficijenti wavelet transformacije realne slike su retki, tj. većina koeficijenata ima vrednost blisku nuli. Koeficijent wavelet transformacije ima veliku vrednost jedino ukoliko se unutar podrške (oblasti

definisanosti) korišćene wavelet funkcije nađe ivica objekta. Najjednostavniji metod detekcije ivica zasnovan na wavelet transformaciji sastoji se od primene nekoliko koraka direktne transformacije, brisanjem slike aproksimacija na krajnjoj skali (odnosno, njenom zamenom slikom istih dimenzija u kojoj su svi članovi nula), upotrebom inverzne transformacije i primenom praga na apsolutnu vrednost rezultujuće slike [12], što je prikazano na Slici 2. Transformacija prikazana na slikama 2.(b) i 2.(c) naziva se brza wavelet transformacija (fast wavelet transform – FWT). Ako je u pitanju neki drugi oblik wavelet transformacije to se naglašava. Sličan postupak opisali su autori rada [16]. Aydin et al. [17] su predstavili detektor ivica zasnovan na wavelet transformaciji i prolasku drugog izvoda kroz nulu. Ideja autora ogleda se u činjenici da različitim oblicima ivica odgovaraju različite skale i orijentacije wavelet transformacije. Pokazano je da predloženi detektor ivica daje subjektivno bolje rezultate u odnosu na Canny i Marr-Hildreth detektore ivica, ali nije naveden način izbora parametara Canny i MarrHildreth detektora, koji imaju presudan uticaj na njihove performanse. Većina detektora ivica bazirana na wavelet transformaciji polazi od ideja

koje su prezentovali Mallat i Hwang [18], gde je detekcija ivice na svakoj skali transformacija realizovana kao u slučaju Canny detektora. Umesto izvoda Gausovog filtra na svakoj skali s se definišu dve wavelet funkcije, koje predstavljaju parcijalne izvode u x i y pravcu dvodimenzione funkcije skaliranja φ(x,y,s). Za svaki detektor potrebno je obezbediti mehanizam povezivanja ivica dobijenih na različitim skalama kako bi se dobila jedinstvena mapa ivica, pri čemu se mora uzeti u obzir da sa povećanjem skale dolazi do sve veće dislokacije pozicije ivice. Osim toga, potrebno je ispitati i uticaj šuma na nižim skalama. Kao rešenje predlaže se praćenje ponašanje modula wavelet transformacije na nekoliko sukscesivnih skala. Jedan postupak predložili su Ducottet et al. [19]. Polazeći od matematičkog modela tri tipa ivice: prelaz, vrh i linija, određen je način ponašanja modula wavelet transformacije sa porastom skale za svaki tip ivice. Za svaki potencijalni ivični piksel, prati se vrednost modula wavelet transformacije i linearnom regresijom određuju se parametri koji opisuju tip ivice i odgovarajuću skalu na kojoj će se izvršiti tačna lokalizacija ivice. Poređenje je izvršeno sa Canny detektorom i pokazano je da je predloženi algoritam superioran kada se koristi sintetička slika sa modelima ivica razmatranim u radu. Međutim, kod svakodnevnih slika, performanse

Slika 2. (a) Početna slika. (b) FWT početne slike na dve skale. (c) IFWT (Inverzna FWT) slike (b) pri čemu je slika aproksimacija (1/16 slike (b) u gornjem levom uglu) obrisana [12]. (d) Mapa ivica.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

su na strani Canny detektora. Nažalost, predloženi algoritam karakteriše i dugo vreme izvršavanja. Shin i Tseng [20] su predložili metod zasnovan na prostornom povezivanju detektovanih ivičnih piksela na najmanjoj skali, ukoliko postoji veza između njima odgovarajućih piksela na višoj skali wavelet transformacije. Guo et al. su u [21] opisali algoritam koji kombinuje ivice detektovane na nekoliko skala, a potom se sinteza detektovanih ivičnih piksela određuje na osnovu težinske sume, čime je omogućeno da najveći doprinos ostvare ivice određene na srednjoj skali iz izabranog opsega. Što se tiče poređenja, izvršeno je samo vizuelno poređenje na osnovu jedne slike i ustanovljeno je da predloženi algoritam ostvaruje bolje performanse, posebno kada su objekti u slici na malom rastojanju. Jednostavan algoritam baziran na proizvodu wavelet koeficijenata na dve susedne skale predložili su Zhang i Bao [22]. Autori polaze od činjenice da je ukupan broj maksimuma modula koji potiču od šuma na skali s = 2j+1 dva puta manji u odnosu na prethodnu skalu s = 2j. Nakon izračunavanja wavelet transformacija i množenja odgovarajućih koeficijenata za dve izabrane skale, primenjuje se standardni algoritam izbora modula maksimuma kao i kod Canny detektora. U odnosu na Canny detektor, ovaj detektor ispoljava bolje performanse, pri čemu je poređenje izvršeno na osnovu metodologije opisane u [9]. U cilju detekcije ivica koriste se i metode bazirane na statističkoj obradi signala, fazi logici, neuralnim mrežama i drugim principima, ali one nisu predmet ovog rada. Detalji o njima se nalaze u [1]. 58

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

2. AlgORITAM Furijeova transformacija je predstavljala osnovni alat za procesiranje slike u transformacionom domenu [12] sve do sredine 80-tih godina prošlog veka od kada wavelet transformacija zauzima to mesto, pre svega u kompresiji i prenosu, ali i analizi slike. Za razliku od Furijeove, kod wavelet transformacije bazne funkcije su vremenski ograničene, a frekvencija im se može proizvoljno menjati. Moguće je odrediti i vremenski interval u kome se javlja određeni frekvencijski sadržaj, što nije izvodljivo primenom Furijeove transformacije. Kako ivice predstavljaju naglu promenu u signalu, očigledna je prednost koji nudi wavelet transformacija. Za detalje o wavelet transformaciji pogledati [23]. Algoritam za detekciju ivica (u daljem tekstu DMW – detektor ivica baziran na množenju koeficijenata wavelet transformacije) opisan u [26] zasnovan je na jednom obliku transformacije koja se u literaturi susreće pod nazivom “algorithme à trous” [23], a poznata je i pod drugim nazivima: redundantna, stacionarna, bez decimacije, itd, [24]. Operacija decimacije kod FWT dovodi do

translacije ivica, što je nepoželjno u algoritmima za prepoznavanje i klasifikaciju objekata [25], jer rezultat zavisi od toga da li će se zadržati parni ili neparni članovi niza [24]. Redundantna wavelet transformacija generiše isti broj koeficijenata na svakoj skali, jednak broju članova početnog niza. Kao rezultat postoji jednostavna prostorna veza između wavelet koeficijenata na različitim skalama. DMW je zasnovan na idejama predloženim u [22] i detaljno je razmatran u [26]. Međutim, za razliku od originalne ideje, umesto da se koriste koeficijenti sa dve susedne skale, međusobno su pomnoženi koeficijenti sa tri skale wavelet transformacije originalne slike. Naime, DMW je realizovan za inspekciju kvaliteta kartona u procesu njegove proizvodnje i pronalaženju defekata na kartonu. Kao takav, prilagođen je detekciji ivica defekata u slikama kartona uz znatno prisustvo šuma [26]. U tim uslovima množenje koeficijenata sa tri skale daje bolje rezultate od množenja sa dve skale, što se može uočiti i na Slici 3. Slično kao i u radu [22], vrednost gradijenta Mf(x,y) u posmatranoj tački slike

Slika 3. (a) Slika defekta na kartonu i horizontalni profil sive duž defekta. Proizvod koeficijenata detalja 1D wavelet transformacije za profil prikazan na slici (a) sa: (b) I i II, (c) II i III, (d) sve tri skale.

Performanse detektora ivica baziranog na množenju wavelet koeficijenata

(x,y), određuje se na osnovu izraza: (1) gde je

proizvod wavelet koeficijenata za horizontalne i = 1 i vertikalne i = 2 detalje. Pravac gradijenta Af(x,y) određuje se pomoću formule [22]:

(2)

Pokazano je da DMW ispoljava bolje performanse pri detekciji ivica defekata na kartonu u odnosu na Canny detektor ivica [26]. Dobijeni rezultat je očekivan, jer ako je detektor ivica projektovan za specifičan problem, njegove karakteristike na ciljanom tipu slika su bolje u odnosu na druge detektore [27]. Detektor koji se razmatra u ovom radu (u daljem tekstu DMW2) je modifikovana verzija detektora DMW. Izvršena je zamenom biortogonalnog wavelet-a bior3.1 (koji se najbolje pokazao na slikama kartona) haar wavelet-om, jer je za svakodnevne slike ustanovljeno da haar wavelet tačnije i kompletnije pronalazi ivice [20]. Najbolja lokalizacija ivice ostvaruje se na najmanjoj skali i samo koeficijenti sa prve skale se mogu iskoristiti za računanje gradijenta. Tada se izraz (2) modifikuje u sledeću formulu:

(3)

što omogućava da DMW2 istovremeno zadrži osobine potiskivanja šuma

množenjem koeficijenata na tri uzastopne skale wavelet transformacija i dobru lokalizaciju ivica koja se ostvaruje na najnižoj skali. Nakon zadržavanja samo onih vrednosti gradijenta Mf(x,y) za koje se dostiže lokalni maksimum u pravcu gradijenta, datim izrazom (3) pristupa se dvostrukom pragu. Ukoliko je Mf(x,y) > thigh (thigh je gornji prag), tačka (x,y) proglašava se za ivični piksel, a ako važi relacija tlow < Mf(x,y) ≤ thigh, tačka (x,y) predstavlja potencijalni ivični piksel. Zatim se ispituju svi potencijalni ivični pikseli, a svaki potencijalni ivični piksel za koji se može ostvariti veza do ivičnog piksela, postaje i sam ivični. Dvostruki prag sprečava prekidanje konture, jer nije ivica u svim tačkama podjednako izražena, najčešće zbog neuniformnog osvetljenja ili zbog toga što se nalazi u senci drugih objekata. Ako bi se primenila samo jedna vrednost praga za koju su sve konture celovite, zbog šuma bi se pojavio veliki broj lažno detektovanih ivičnih piksela. Uvođenje dvostrukog praga kako bi se ostvarile bolje karakteristike pri obradi svakodnevnih slika predstavlja dodatnu modifikaciju DMW2 u odnosu na DMW.

3. TeSTIRAnJe PReDlOŽenOg AlgORITMA Metodologija koja je korišćena za poređenje performansi detektora ivica predložena je u [28], a izabrana je kao najcitiranija metoda u ovoj oblasti. U literaturi se često sreće i postupak opisan u [9], međutim on je zasnovan samo na rezultatima dobijenim pomoću jedne kompjuterski generisane slike. Iz tog razloga, navedeni postupak se smatra nedovoljnim, jer se detektori ivica koriste za obradu slika dobijenih pomoću kame-

ra ili skenera, u kojima nije unapred poznat tačan položaj objekata. Takođe, ako je detektor razvijen samo za jedan model ivica, očekivano je da daje dobre rezultate ako se primeni na veštački generisanoj slici koja sadrži korišćeni model ivice. Metodologija poređenja detektora ivica je zasnovana na određivanju ROC krive za svaki od detektora. Slične metode opisane su u [27] i [29]. Procedura se sastoji od proračuna ROC (Receiver Operating Characteristic) krive za svaki od detektora koji se testira i smatra se da detektor sa najmanjom površinom ispod krive (AUC – area under the curve) pruža najbolje performanse. Poređenje DMW2 izvršeno je sa Canny detektorom, jer se on smatra referentnim, predstavlja industrijski standard, a pokazao je i zadovoljavajuće rezultate, kao i sa Marr-Hildreth detektorom. Sobel detektor je uključen u ispitivanje kao najčešće korišćeni klasični tip detektora ivica. U eksperiment je uključen i SUSAN (Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus) detektor ivica, koga karakteriše velika brzina izvršavanja i jednostavna implementacija. Za razliku od drugih detektora koji su zasnovani na diferenciranju, SUSAN detektor ispituje sličnosti između centralnog piksela u maski i okolnih piksela. Za centralni piksel formira se težinska suma i poredi se sa zadatim pragom. Ukoliko je težinska suma veća od zadatog praga, ispituje se da li centralni piksel predstavlja i lokalni maksimum. U pozitivnom slučaju, proglašava se za ivični piksel. Za testiranje je korišćena baza slika koju su obezbedili autori metodologije na svom veb sajtu. Svaka slika poseduje odgovarajuću mapu ivica GT (Ground Truth). Kriterijum određivanja ispravnog poklapanja ivičnog piksela TP (True Positive) je sledeći: ukoliko deTeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

tektor pronađe ivični piksel na lokaciji crnog piksela u GT slici sa dozvoljenom tolerancijom, proglašava se za TP. Tolerancija je maksimalno dozvoljeno rastojanje između pozicije pronađenog ivičnog piksela i odgovarajućeg piksela u GT slici. Uobičajeno je da ova vrednost iznosi 3 piksela. Ako detektor pronađe ivični piksel u zabranjenoj zoni (siva u GT slici) broj FP (False Positive) se uveličava za 1. Postoji i mogućnost detekcije ivičnog piksela u nemarkiranoj zoni (bela oblast u GT slici), što nema uticaja ni na broj TP ni na broj FP. Procenat TP i FP se određuje kao odnos dobije-

nih brojeva sa ukupnim brojem ivičnih piksela u GT slici (suma crnih piksela), odnosno svim nedozvoljenim površinama (suma sivih piksela). Na Slici 4. prikazane su jedna svakodnevna slika i njena odgovarajuća mapa ivica. Iz skupa od 50 ponuđenih slika različitih objekata iz svakodnevnih prizora, slučajno je izabrano 15. Za svaku sliku, detektor se prvo trenira, što se postiže adaptivnim deljenjem intervala za skup vrednosti svakog od parametara. Svi detektori imaju po dva promenljiva parametra, osim Canny detektora koji pose-

Slika 4. (a) Test slika i (b) odgovarajuća mapa ivica.

duje tri. U prvom koraku opseg svakog parametra se deli u 4 tačke i za sve kombinacije se određuje rezultat (TP,FP). Autori metodologije [28] su predložili formiranje ROC krivih pomoću tačke (1–TP,FP), Slika 5. Tada 1–TP predstavlja procenat nedetektovanih ivičnih piksela i rezultat je bolji ako je površina ispod ROC krive manja. U sledećem koraku, u skup vrednosti svakog parametra ubacuju se tačke između svake dve vrednosti i određuje novi (TP,FP) par. Treniranje se završava kada promena površine ispod ROC krive između dve iteracije bude manja od 5%. Dobijeni skup parametara za posmatranu sliku se sada primenjuje na ostale slike iz skupa i određuje se ROC kriva za svaku od slika. Kao rezultat dobija se skup od 15 x 14, odnosno 210 ROC krivih. Pomoću 210 ROC krivih formira se agregatna ROC kriva i površina ispod nje, AUC, predstavlja ocenu performansi detektora. Za pojedine detektore, velika vrednost TP, veća od 95%, može se dobiti samo pri vrednosti FP od preko 25%, što je prikazano na Slici 6. Pri vrednosti TP = 98,45% Canny detektor prijavljuje vrednost FP = 26,89%, pri čemu je rezultat neupotrebljiv, Slika 6c. S druge strane, DMW2 daje rezultat (TP = 95,32%, FP = 0,33%) i ivice se pronalaze samo u očekivanim oblastima, Slika 6d. Opisano pokazuje da sama velika vrednost TP ne govori dovoljno o kvalitetu detektora. Na Slici 7. su prikazane agregatne ROC krive za sve navedene detektore, dok su u Tabeli 1. navedene njihove AUC vrednosti.

Slika 5. ROC kriva dobijena pri treniranju Canny detektora ivica na Slici 4a.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti da najlošije performanse ispoljava Sobel detektor ivica, što je i očekivano zbog jednostavne konstrukcije. Sledi Marr-Hildreth detektor, dok se u

Performanse detektora ivica baziranog na množenju wavelet koeficijenata

sredini nalazi SUSAN detektor ivica. Značajno bolje performanse u odnosu na ostale ispoljavaju i DMW2 i Canny, a međusobno su uporedivi. Dobijena vrednost AUC je za 7% manja kod DMW2 u odnosu na Canny detektor ivica, odnosno DMW2 je neznatno bolji detektor ivica nego Canny.

Ipak, pri velikim vrednostima parametra TP, DMW2 detektor ivica prijavljuje mnogo manji broj lažno detektovanih ivičnih piksela. c)

Slika 6. (a) Test slika. (b) Odgovarajuća mapa ivica. (c) Rezultat primene Canny detektora na sliku 6(a). (d) Ivice pronađene predloženim algoritmom.

Slika 7. ROC krive za testirane detektore ivica. Tabela 1. AUC vrednosti za testirane detektore.

Detektor

AUc vrednost

MDW2

8,14 x 10–3

Canny

8,74 x 10–3

Susan

21,28 x 10–3

Marr-Hildreth

52,04 x 10–3

Sobel

65,33 x 10–3

4. zAKlJUČAK U radu je objašnjen princip detekcije ivica množenjem koeficijenata wavelet transformacije sa nekoliko uzastopnih skala i prikazan je detektor ivica (DMW) baziran na pomenutom principu, koji je prvenstveno bio razvijen za tipski problem detekcije ivica defekata na kartonu. Manjim modifikacijama DMW je unapređen i upotrebljen za detekciju ivica u svakodnevnim slikama. Data je metodologija upoređivanja performansi detektora ivica na osnovu ROC krive, pri čemu se u eksperimentu koriste realne slike. Za eksperimentalne potrebe realizovana je i biblioteka funkcija u programskom paketu Matlab. Eksperimentom je utvrđeno da su performanse DMW2 uporedive, čak i nešto bolje, od Canny detektora ivica, odnosno i DMW2 se može koristiti kao detektor opšte namene. U odnosno na ostala tri ispitivana detektora (Sobel, Marr-Hildreth i SUSAN), DMW2 ispoljava višestruko bolje karakteristike. Dodatno, za razliku od Canny detektora, pri detekciji velikog procenta očekivanih ivičnih piksela, DMW2 ostvaruje znatno manji broj lažno detektovanih ivica. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

Literatura [1] M. A. Oskoei, H. Hu, “A Survey on Edge Detection Methods”, Technical Report: CES-506, University of Essex, UK, 2010. [2] W. Cao, R. Che, D. Ye, “An illumination-independent edge detection and fuzzy enhancement algorithm based on wavelet transform for non-uniform weak illumination images”, Pattern Recognition Letters, vol. 29, pp.192-199, 2008. [3] M. Basu, “Gaussian-based edge-detection methods-a survey”, IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews), vol. 32, pp. 252-260, 2002. [4] N. Senthilkumaran, R. Rajesh, “Edge Detection Techniques for Image Segmentation – A Survey of Soft Computing Approaches”, International Journal of Recent Trends in Engineering, vol. 1, pp. 250-254 2009. [5] J. Canny, “A computational approach to edge detection”, IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 8, pp. 679-698, 1986. [6] http://www.csc.kth.se/~tony/cern-review/cern-html/node2.html. [7] W. Frei, C. C. Chen, “Fast Boundary Detection: A Generalization and a New Algorithm”, IEEE Trans. on Computers, vol. 26, pp 988 – 998, 1977. [8] J. C. Russ, “The Image Processing Handbook”, CRC Press, 2002. [9] W. K. Pratt, “Digital Image Processing”, John Wiley & Sons, 2007. [10] A. J. Pinho, L. B. Almeida, “A review on edge detection based on ﬁltering and differentiation”, Revista do Detua, vol. 2, pp. 113-126, 1997. [11] D. Marr, E. Hildreth, “Theory of edge detection”, Proc. of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, vol. 207, pp 187-217 , 1980. [12] R. C. Gonzalez, R.E. Woods, “Digital Image Processing”, Prentice Hall, 2008. [13] A. P. Witkin, “Scale-space filtering”, Proc. Intern. Joint Conference on Artificial Intelligence, vol. 2, pp. 1019-1022, 1983. [14] A. Goshtasby, “On edge focusing”, Image and Vision Computing, vol. 12, pp. 247-256, 1994. [15] H. Jeong, C. I. Kim, “Adaptive determination of filter scales for edge-detection”, IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 14, pp 579 - 585, 1992. [16] L. Feng, C. Y. Suen, “Edge Extraction of Images by Reconstruction using Wavelet Decomposition Details at Different Resolution Levels”, International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence, vol. 14, pp. 779-793, 2000. [17] T. Aydin, Y. Yemez, E. Anarim, B Sankur, “Multidirectional and multiscale edge detection via M-band wavelet transform”, IEEE Transactions on Image Processing, vol. 5, pp. 1370 - 1377, 1996. [18] S. Mallat, W. L. Hwang, “Singularity Detection and Processing with Wavelets”, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 38, pp. 617 – 643, 1992. [19] C. Ducottet, T. Fournel. C. Barat, “Scale-adaptive detection and local characterization of edges based on wavelet transform”, Signal Processing, vol. 84, pp. 2115-2137, 2004. [20] M. Shih, D. Tseng, “A wavelet-based multiresolution edge detection and tracking”, Image and Vision Computing, vol. 23, pp. 441-451, 2005. [21] F. Guo, Y. Yang, B. Chen, L. Guo, “A novel multi-scale edge detection technique based on wavelet analysis with application in multiphase flows”, Powder Technology, vol. 202, pp. 171-177, 2010. [22] L. Zhang and P. Bao, “Edge detection by scale multiplication in wavelet domain”, Pattern Recognition Letters, vol. 23, pp. 1771-1784, 2002. [23] S. Mallat, “A Wavelet Tour of Signal Processing”, Academic Press, 2008. [24] P. S. Adisson, “The Illustrated Wavelet Transform Handbook”, IOP Publishing Ltd, 2002. [25] X. Yang, G. Pang and N. Yung, “Robust fabric defect detection and classiﬁcation using multiple adaptive wavelets”, IEE Proc. - Vision, Image & Signal Processing vol. 6 pp. 715-723, 2005. [26] M. Barjaktarovic, S. Petricevic, “Wavelet Based Edge Detection Algorithm for Web Surface Inspection of Coated Board Web”, Journal of Instrumentation, vol. 5, P07001, 2010. [27] M. Heath, S. Sarkar, T. Sanocki, K. Bowyery, “Comparison of Edge Detectors – A Methodology and Initial Study”, Computer Vision and Image Understanding, vol. 69, pp. 38-54, 1998. [28] K. Bowyer, C. Kranenburg, S. Dougherty, “Edge Detector Evaluation Using Empirical ROC curves”, Computer Vision and Image Understanding, vol. 84, pp, 77-103, 2001. [29] M. C. Shin, “Comparison of Edge Detector Performance through Use in an Object Recognition Task”, Computer Vision and Image Understanding vol. 84, pp. 160–178, 2001. [30] S. Smith, M. Brady, “SUSAN – A new approach to low level image processing”, Internat. J. Comput. Vision, vol. 23, pp. 45–78, 1997.

Autor Marko Barjaktarović je diplomirao i magistrirao na Elektrotehničkom fakultetu Univerziteta u Beogradu gde je trenutno zaposlen u zvanju asistenta. Oblasti interesovanja autora su instrumentacija i digitalna obrada slike iz koje je objavio nekoliko stručnih i naučnih radova.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

Goran Zdravković Milan D. Milošević

DSL-kablovi iz fabrike kablova FKS – TKL Jagodina: razvoj, proizvodnja i sertifikacija 1. UVOD xDSL (Digital Subscriber Line) tehnologija koristi se za pružanje širokopojasnih telekomunikacionuh usluga i servisa (brz i stalan pristup internetu, prenos TV signala, učenje i rad na daljinu, itd.) privatnim i poslovnim korisnicima. Simetrični telekomunikacioni DSL kablovi koriste se u digitalnim širokopojasnim mrežama za pristup, za povezivanje uređaja korisnika kojima operatori pružaju svoje usluge i servise. Holding „Kablovi“ a.d. iz Jagodine, Fabrika telekomunikacionih kablova (FKS – TKL) proizvodi telekomunikacione kablove za prenos digitalnih signala (DSL kablove) sa bakarnim provodnicima, izolacijom od penastog polietilena (foam) sa tankim slojem punog polietilena (skin), paricama použenim u osnovne i glavne grupe tako da se dobijaju izuzetne visokofrekventne karaktertistike prenosa signala (preslušavanje, slabljenje, impedansa, povratno slabljenje, itd.). TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

U ovom radu je dat kraći istorijat početaka uvođenja tehnologije izrade DSL kablova u FKS – TKL u Jagodini i opisan je postupak njihove sertifikacije kod Republičke agencije za elektronske komunikacije (RATEL). U okviru rada dat je i prikaz rada i osobina instrumenta Phoenix koji se koristi za automatizovano merenje niskofrekventnih, i što je još važnije, visokovrekventnih karakteristika DSL kablova.

Slika 1. DSL kabl

2. UVOÐenJe TeHnOlOgIJe zA PROIzVODnJU DSl KABlOVA Prve probe izrade DSL kablova prve kategorije počele su u fabrici FKS – TKL aprila 2008. godine. Najveća pažnja posvećena je izradi kvalitetne žile (sa zadovoljavajućom ekspanzijom izolacije i centričnošću), kao i koracima použavanja osnovnih elemenata koji se použavaju (žila u parice, parica u osnovne grupe, osnovnih grupa u jezgro kabla). Počela je izrada kablova konstrukcije sa 2, 6 i 10 parica i provodnicima prečnika 0,4 mm i 0,6 mm. Kapacitet žile u vodenom kupatilu meren je na uzorku žile dužine 10 m na instrumentu proizvođača General Radio iz 1963. godine, što je otežavalo uticaj na karakteristike gotovog kabla i veoma često je dolazilo do prekoračenja propisane vrednosti e-sprega na gotovom kablu (čija je maksimalna propisana vrednost 1600 pF). Merenje visokofrekventnih (VF) karakteristika: slabljenja, preslušavanja na bližem (NEXT) i daljem (FEXT) 64

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

kraju vršeno je na uređaju proizvođača SIEMENS 0,01-25 MHz (LEVEL GENERATOR W 2021; FREQUENCY GENERATOR G 2021 i LEVEL RECEIVER D 2021) na frekvencijama 2 MHz, 4 MHz, 10 MHz, 16 MHz i 24 MHz, dok je ulazna impedansa merena na 1 MHz. Ova merenja su vršena ručno, što je zahtevalo mnogo vremena, a nakon toga je bilo potrebno preračunavati ostale zavisne karakteristike prenosa, zbirne snage preslušavanja na bližem i daljem kraju (PS NEXT, ELFEXT, PS ELFEXT, itd.). Početkom 2009. godine u fabrici NOVKABEL u Novom Sadu izvršena su merenja kablova i prvo upoznavanje sa automatskim sistemom za merenje DSL kablova, Phoenix. Ovaj sistem NOVKABEL kupio je krajem 2008. godine, sa mogućnošću priključka 50 parica na ramove. Nakon neuspele dvodnevne sertifikacije koja je u martu 2009. godine obavljena u fabrici NOVKABEL uz prisustvo RATEL-ove komisije, pri kojoj nijedan od tri proizvođača kablova (NOVKABEL – Novi Sad, FKZ – Zaječar, FKS – Jagodina) nije dobio sertifikat za proizvodnju DSL kablova, inicirana je nabavka nove merne opreme. Problemi koji su pratili uvođenje tehnologije izrade DSL kablova razrešeni su nabavkom odgovarajuće opreme za praćenje proizvodnje najvažnijeg elementa za dobijanje kvalitetnog kabla – izolovanog provodnika, odnosno žile, kao i opreme za merenje niskofrekventnih (NF) i visokovrekventnih (VF) prenosnih karakteristika kabla. Krajem aprila i početkom maja FKS – TKL je od firme SYKORA nabavila opremu za merenje podužne kapaci-

tivnosti žile u vodenom kupatilu na izolacionoj liniji i opremu za merenje prečnika žile u procesu proizvodnje. U isto vreme, FKS – TKL je kupila i automatski sistem za merenje karakteristika DSL kablova Phoenix 100104. Zahvaljujući tome bilo je moguće pratiti kvalitet izrade žila tokom celog procesa proizvodnje, kao i merenje NF i VF karakteristika posle svake operacije proizvodnje, od použavanja u osnovne elemente do gotovog kabla. Istovremeno se intezivira saradnja sa kolegama iz RATEL-a što donosi i prve rezultate.

3. SeRTIfIKAcIJA DSl KABlOVA Uporedo sa uvođenjem proizvodnje DSL kablova, u fabrici kablova FKS TKL Jagodina počele su i pripreme za njihovu sertifikaciju kod ovlašćenog tela – Republičke agencije za elektronske komunikacije (RATEL). Uopšteno govoreći, sertifikacija kablova sastoji se od tri faze – pripreme prateće dokumentacije, izrade odgovarajućeg uzorka i ispitivanja datog uzorka u skladu sa zahtevima standarda. Na osnovu iskustva koje je fabrika FKS – TKL već stekla u sertifikaciji optičkih kablova, urađena je prva verzija dokumentacije koja se, u glavnim crtama, sastojala od opšteg tehničkog dela dokumenacije (konstruktivna lista, zbirna lista sa crtežom kabla, opis kabla sa zahtevanim karakteristikama) i dela dokumentacije sa rezultatima ispitivanja u toku proizvodnje, kao i rezultatima završnih i tipskih ispitivanja obavljenih na uzorku proizvedenog kabla. Značajan deo dokumentacije predstavlja opis metoda i opreme

DSl-kablovi iz fabrike kablova fKS – TKl Jagodina: razvoj, proizvodnja i sertifikacija

za obavljanje svih predviđenih ispitivanja, pri čemu je poseban akcenat stavljen na pravilno određivanje metoda za proveru prenosnih karakteristika kabla pri višim frekvencijama, što DSL kablove i izdvaja u odnosu na „obične“ telekomunikacione kablove. Uz saradnju i uz pomoć i sugestije kolega iz RATEL-a, ova dokumentacija

je u toj početnoj fazi dobila i konačni oblik, koji je kasnije primenjen na izradu dokumentacije za sve sertifikovane kablove. Početkom juna 2009. godine, uz prisustvo komisije RATEL-a, u FKS – TKL izvršena su prva merenja za sertifikaciju. Rezultati su bili dobri i

FKS – TKL je dobio prve sertifikate za svoje DSL kablove. Prvi tipovi kablova koji su sertifikovani bili su TK DSL (30) 59 2x2x0,4 M, TK DSL (30) 59 20x2x0,4 GM, TK DSL (30) 59 30x2x0,4 GM, TK DSL (30) 59 50x2x0,4 GM i TK DSL (30) 59 2x2x0,6 UM. Rezultati me-

Slika 2. Prva strana izveštaja

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

renja najvažnijih prenosnih karakteristika (zbirnih snaga preslušavanja na bližem i daljem kraju, slabljenja, povratnih gubitaka, karakteristične impedanse) bili su čak iznad očekivanja, što je pružilo mogućnost da FKS – TKL uskoro pređe i na proizvodnju i sertifikaciju i DSL kablova tzv. II kategorije (za prenos signala do 60 MHz).

Slika 3. Druga strana izveštaja

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Ovo je uspešno sprovedeno u septembru iste godine, kada su sertifikovani završni kablovi sa dve i šest parica i sa plaštom koji ne podržava gorenje. Najizazovniji i najzahtevniji deo sertifikacije svakako je predstavljalo ispitivanje VF prenosnih karakteristika kablova na savremenoj opremi kao što je instrument

Phoenix 100104. Iako je postupak potpuno automatizovan, zbog velikog broja merenja (dvesta tačaka za jednu merenu karakteristiku po jednoj parici) u zadatom opsegu frekvencija (od 1 MHz do 30 MHz, odnosno 60 MHz za kablove druge kategorije), priprema i merenje uzoraka kablova sa 100 parica, kao i generisanje rezultata obično su trajali i po više sati.

DSl-kablovi iz fabrike kablova fKS – TKl Jagodina: razvoj, proizvodnja i sertifikacija

Završni izveštaj u kome su tabelarno i grafički bili dati svi rezultati imao je nekoliko hiljada stranica. Naravno da štampanje takvog izveštaja nije imalo previše smisla, pa su za sertifikaciju ovi rezultati davani u elektronskom obliku, snimljeni na CD. Analiza ovih rezultata predstavljala je deo postupka sertifikacije, pri čemu je značajnu pomoć predstavljala či-

njenica da je instrument Phoenix na prvih nekoliko stranica svog izveštaja zbirno prikazivao dobijene vrednosti jasno pokazujući vrednosti koje su bile ispod (ili iznad) dozvoljenih opsega. U trenutku kada je počeo proces sertifikacije, već je bilo dovoljno prethodnog iskustva u izradi kvalitetnih žila, njihovog upredanja u parice, a kasnije u jezgro kabla, tako

da su svi uzorci koji su stigli na sertifikaciju pokazali zadovoljavajuće rezultate. Pri analizi dobijenih rezultata uzimana je u obzir i moguća netačnost instrumenta data u njegovim specifikacijama, tako da se vodilo računa i o mogućnosti da se neka od vrednosti nalazi u tzv. „sivoj zoni“, ali se pokazalo da je, u proseku, takvih rezultata bilo manje od 0,05%.

Slika 4. Treća strana izveštaja

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Na Slikama 2, 3, 4, 5 i 6 dat je primer izgleda prvih pet stranica koje generiše instrument Phoenix (u navedenom primeru za kabl od 100 parica i sa prečnikom provodnika od 0,4 mm), sa zbirnim prikazom svih rezultata merenja. Ovaj izveštaj u punom elektronskom obliku ima 1364 stranice.

Slika 5. Četvrta strana izveštaja

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Iz navedenih slika vidi se da za sve karakteristike, osim za karakterističnu impedansu, nije bilo tačaka u sivoj zoni merenja, a i da je ovih vrednosti bilo samo 5, što predstavlja 0,024% u odnosu na ukupan broj merenja ove karakteristike (201 merenje za svaku od 100 parica).

Kao što je već rečeno, prvu sertifikaciju fabrika FKS – TKL obavila je 8. juna 2009. godine, a poslednji su sertifikovani samonosivi DSL kablovi prečnika provodnika 0,4 mm (21. aprila 2011. godine) i u tom periodu ukupno je sertifikovana 51 konstrukcija DSL kablova, čime je obuhvaćena paleta svih konstrukcija

DSl-kablovi iz fabrike kablova fKS – TKl Jagodina: razvoj, proizvodnja i sertifikacija

(broja parica i preseka provodnika) koje se najčešće traže na tržištu. U Tabeli 1. dat je prikaz svih konstrukcija DSL kablova za koje FKS – TKL poseduje sertifikat o kvalitetu koji je izdala Republička agencija za elektronske komunikacije (RATEL).

Slika 6. Peta strana izveštaja

Deo postupka sertifikacije predstavlja i izrada detaljne specifikacije sa pojedinačno razvrstanim karakteristikama svih sertifikovanih kablova. U produžetku je dat izgled ove specifikacije za DSL kabl sa 1200 parica.

Tabela 1. Spisak DSL kablova koje proizvodi FKS – TKL koji imaju sertifikat RATEL-a

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Slika 7. Specifikacija DSL kabla sa 1200 parica (prva strana)

4. InSTRUMenT PHOenIX 100104 Phoenix 100104, proizvođača AESA CORTAILLOD iz Švajcarske, predstavlja automatski merni sistem za merenje telekomunikacionih, xDSL i LAN kablova kategorije 5 i 5E. 70

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

Sistem sadrži: • u ređaj za merenje niskofrekventnih karakteristika na 12,5 Hz, 125 Hz i 800 Hz; • visokofrekventni analizator od 10 kHz do 100 MHz; • računar PENTIUM IV sa soft ve-

rom AESA za merenje i obradu podataka; • d va rama, za priključak 104 parice za NF i VF merenje; ramovi su opremljeni noževima za zasecanje izolacije i provodnika što omogućava brz priključak kablova.

DSl-kablovi iz fabrike kablova fKS – TKl Jagodina: razvoj, proizvodnja i sertifikacija

Slika 8. Specifikacija DSL kabla sa 1200 parica (druga strana)

4.1. Specifikacija niskofrekventnih parametara Uređaj može da meri niskofrekventne parametre na paricama i četvorkama na frekvencijama 12,5 Hz, 125 Hz i 800 Hz, a ima mogućnost samobaždarenja. Tačnost i opseg merenja dati su u Tabeli 2. Parametri koji se mogu preračunati za 800 Hz: sopstveno slabljenje,

karakteristična impedansa, preslušavanje, fazna brzina i brzina prostiranja. Kako je moguća i statistička obrada podataka, za svaku merenu karakteristiku može se prikazati maksimalna i minimalna vrednost, apsolutna minimalna vrednost, srednja vrednost, standardna devijacija, itd.

4.2. Specifikacija parametara

visokofrekventnih

Sistem meri i preračunava veliki broj visokofrekventnih karakteristika u opsegu od 64 kHz do 100 MHz. Takođe su moguća merenja različitih veličina određenih elemenata použavanja (grupa) u kablu, u celom opsegu ili na određenim frekvencijama, ili tzv. diskretna merenja. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČnO – nAUČnI ČASOPIS RePUBlIČKe AgencIJe zA eleKTROnSKe KOMUnIKAcIJe | 08 |

Slika 9. Specifikacija DSL kabla sa 1200 parica (treća strana) Tabela 2. Tačnost i opseg merenja niskofrekventnih parametara

Karakteristika

Parica

Četvorka

Otpor provodnika

Ra, Rb

Ra, Rb Rc, Rd

Otpor petlje

R1, R2

Razlika otpora

DR1, DR2 DR3

Kapacitet

c1, c2, c3

Kapacitivna nesimetrija

K1-K12

Kapacitivna nesimetrija prema zemlji

Rezultati merenja se prikazuju tabelarno ili grafički u linearnoj ili logaritamskoj podeli. Merenje je moguće izvršiti u opsegu od 51 do 1601 tačke merenja. Tačnost merenja data je Tabelama 3, 4 i 5.

TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

ei, ea, e

ei1-ei3 ea1-ea3 e1-e3

Tačnost

Opseg

± 01, %+ 10 mΩ

0 – 19,999 kΩ

Proračunava se

%, Ω

± 0,25 % ± 10 pf na 800 Hz ± 0,25 % ± 10 pf na 125 Hz ± 0,25 % ± 50 pf na 12,5 Hz 0 – 2,000 nf ± 1 % ± 6 pf na 800 Hz ± 1 % ± 3 pf na 125 Hz ± 1 % ± 30 pf na 12,5 Hz

Preračunati VF parametri su sledeći: preslušavanje na bližem kraju (NEXT) za najgori slučaj (Worst Case), zbirna snaga preslušavanja na bližem kraju (PS NEXT) i PS NEXT za najgori slučaj (Worst Case), preslušavanje na daljem kraju (FEXT) za

najgori slučaj (Worst Case), zbirna snaga preslušavanja na daljem kraju (PS FEXT) i PS FEXT za najgori slučaj (Worst Case), uravnotežena vrednost preslušavanja na daljem kraju (ELFEXT), zbirna snaga uravnoteženog preslušavanja na daljem

DSl-kablovi iz fabrike kablova fKS – TKl Jagodina: razvoj, proizvodnja i sertifikacija

Tabela 3. Sopstveno slabljenje ( na 20° C)

Tačnost

64 kHz – 30 MHz

30 MHz – 60 MHz

60 MHz – 100 MHz

50 dB - 80 dB

± 2 dB

± 2,5 dB

25 dB - 50 dB

± 0,8 dB

± 1 dB

± 1,5 dB

10 dB - 25 dB

± 0,3 dB

± 0,5 dB

± 1 dB

0 dB - 10 dB

± 0,2 dB

± 0,4 dB

± 0,8 dB

Tabela 4. Preslušavanje na bližem (NEXT) i daljem kraju (FEXT)

Tačnost

64 kHz – 30 MHz

30 MHz – 60 MHz

60 MHz – 100 MHz

60 dB - 80 dB

± 2 dB

30 dB - 60 dB

± 1 dB

0 dB -30 dB

±0,5 dB

Tabela 5. Impedansa (otvorena veza/kratak spoj ili zatvoreno sa 100 Ω)

Tačnost

64 kHz - 100 MHz

70 Ω – 90 Ω

± 2 %

90 Ω – 110 Ω

± 1,5 %

110 Ω – 130 Ω

± 2,5 %

130 Ω – 155 Ω

± 4 %

Slika 10. Instrument Phoenix 100104 sa priključenim DSL kablom za merenje

kraju (PS ELFEXT) i PS ELFEXT za najgori slučaj (Worst Case), povratni gubici, brzina prostiranja, itd. Sve ove karakteristike mere se ili preračunavaju po standardu IEC 62255, na kablu dužine 100 m. Međutim, u redovnoj proizvodnji, gde se dužine kablova kreću do 1000 m, na kablovima se pored NF karakteristika, mere i preračunavaju NEXT, PSNEXT, ulazna impedansa, kao i povratni gubici. Sva ova merenja se vrše na kablovima do 100 parica, dok se na većim konstrukcijama merenje vrši statistički, tj. na jednom sektoru od 50 ili 100 parica. Kupac dobija izveštaj sa NF merenjima i dijagramima najgorih slučajeva VF karakteristika, a Telekom Srbija a.d, kao najznačajniji kupac DSL kablova prilikom komisijskog prijema dobija i CD sa kompletnim rezultatima merenja. U ranije datom prilogu, prikazano je prvih pet strana izveštaja merenja kabla TK DSL (30) 59 100x2x0,4 GM, koji je meren za potrebe sertifikacije od strane RATEL-a. Na njemu su prikazani rezultati merenja NF karakteristika, kao i rezultati i dijagrami najgorih slučajeva (Worst Case) za VF karakteristike. Najgori slučaj ne predstavlja najlošiju paricu u kablu, već se za svaku vrednost frekvencije na kojoj se vrši merenje uzima najlošiji rezultat, bez obzira o kojoj parici se radi. To znači da je na neki način prikazan nivo kabla za tu VF karakteristiku. Izveštaj pored ovoga sadrži tabelarni i grafički prikaz svih merenih i preračunatih veličina za svaku paricu i kombinaciju parica i ima 1364 stranice A4 formata u PDF formatu. Merenje ovog kabla vršeno je u 201 tački, i trajalo je više od 5 sati, uključujući i preračunavanje i obradu u PDF format. TeleKOMUnIKAcIJe | nOVeMBAR 2011

STRUČNO – NAUČNI ČASOPIS REPUBLIČKE AGENCIJE ZA ELEKTRONSKE KOMUNIKACIJE | 08 |

5. ZAKLJUČAK Teško je u ovako relativno kratkom pregledu opisati sva iskušenja i probleme koji su postojali tokom uvođenja u proizvodnju i početka sertifikacije DSL kablova, ali i zadovoljstvo postignutim rezultatima kojima su, svako u svom delu posla, izuzetan doprinos dali zaposleni u Tehničkom sektoru FKS – TKL i Sektoru proizvodnje i kontrole. Svakako ne treba zaboraviti ni nesebičnu pomoć, savete i sugestije kolega iz RATEL-a bez čije bi pomoći ovaj obiman i zahtevan zadatak svakako bilo teže ostvariti. Autori Goran Zdravković, diplomirani inženjer elektrotehnike, rukovodilac je Kontrole kvaliteta u fabrici FKS – TKL Milan Milošević, diplomirani inženjer elektrotehnike, vodeći je stručni saradnik u Tehničkom sektoru fabrike FKS - TKL.

TELEKOMUNIKACIJE | NOVEMBAR 2011