29年 第1回 「伝送設備」



29_1_setubi_1_(1).png


問1
(1)
ア:⑦ 回数
イ:⑨ 四
ウ:⑫ 可聴信号
エ:⑭ D

補足
・アナログ電話の選択信号
・DP方式(Dial Plus方式):選択数字の数と同じ回数のパルスを作り出して数字情報を伝達する方式。昔のダイアル式黒電話では、ユーザがダイアルを数字の場所まで回し、ダイアルが戻る際にパルスを作り出していた。(オフフックでHighになるので、パルスはLowとして出る)
BP_signal.png

・PB方式(Push Button方式):低周波群4種類と高周波数群4種類から1波長ずつ選び、組み合わせて、数字情報および符号を構成し、伝達する方式。4×4=16種類の数字および符号を伝達できる

・PB方式の周波数の組み合わせマトリックス
高周波数群(Hz)
1209133614771633
低周波群(Hz)697789A
770456B
852123C
941*0#D


・ISDN(Integrated Services Digital Network):電話網をデジタル化したもの。音声通話もデジタル通信で行われる。ISDN回線は、1つの回線内にチャンネルが定義されており、それぞれ独立した通信を行う事ができる。チャンネルには、データ通信用のBチャンネル(64byte)と通信制御用のDチャンネル(16byte)が定義されており、選択信号などの伝送にはDチャンネルが使われる。

【参考】
・PSTN(公衆交換電話網)における信号方式の種類
tel_signal_syurui.png

・加入者線信号方式の主な基本的な信号の分類
・監視信号:呼の接続制御の過程を監視するための信号。呼接続の進行方向(発信側から着信側)に送信される順方向信号と、その逆方向(着信側から発信側)に送信される逆方向信号がある。順方向信号は、制御信号ともいわれ、逆方向信号は、表示信号ともいわれる。
・選択信号:接続すべき着信端末を識別するための信号
・可聴信号:発信者・着信者に呼接続の進行状況を知らせる音信号
・呼出信号:着信端末を呼び出す信号

具体的な信号の種類
信号の種類加入者線信号方式
(アナログ信号方式)
局管信号方式
(個別信号方式)
監視信号発呼信号、切断信号、
応答信号、終話信号
起動信号、起動完了信号、
応答信号、終話信号
切断信号、復旧完了信号
選択信号DP信号、PB信号MF信号
可聴信号発信音、話中音、呼出音
呼出信号呼出信号
課金信号貨幣収納信号課金パルス信号


・アナログ電話接続の流れ
監視信号のうち、発呼信号、切断信号は、順方向信号(発信端末から交換機に向けた信号)、応答信号、終話信号は、逆方向信号(着信端末から交換機に向けた信号)であることがわかる。
tel_kosetuzoku.png

可聴信号の送出条件
事業用電気通信設備規則(https://elaws.e-gov.go.jp/document?lawid=360M50001000030)の「別表第五号 可聴音信号送出条件(第33条関係)」に発信音、呼出音、話中音の送出条件の記載がある。以下より、発信音の信号送出形式が「400Hzの周波数の信号を連続送出」であることが分かる。

可聴音項目条件
発信音信号送出形式400Hzの周波数の信号を連続送出
送出電力(-22-L)dBm以上-19dBm以下
呼出音信号送出形式400Hzの周波数の信号を15Hz以上20Hz以下の周波数の信号で変調(変調率は85±15%以内)した信号を断続数20IPM±20%以内かつメーク率33±10%以内で断続送出
送出電力(-29-L)dBm以上-4dBm以下
話中音信号送出形式400Hzの周波数の信号を断続数60IPM±20%以内、かつメーク率50±10%以内で断続送出
送出電力(-29-L)dBm以上-4dBm以下



類題
26年第2回(設備)問1(1) PSTN(公衆交換電話網)における加入者線信号方式



29_1_setubi_1_(2)i.png

(2)
(ⅰ)
答え:② Bのみ正しい
解説
A:デジタル化された2進符号列の1に対して正及び負の極性の符号を交互に対応させ、0に対してゼロ電位を対応させることにより、2進符号列の直流成分を低減する符号は、一般に、CMI符号 (正:AMI符号)といわれる。

B:正しい

C:図に示す波形は、Eを電圧レベルとすると、一般に、両極RZ符号 (正:両極NRZ符号)といわれる。

補足
1と0を表す際に、+E[V]と0[V]を使うものを単流方式といい、+E[V]と-E[V]を使う物を複流方式という。複流方式であることを明示するために、方式の頭に「両極」と付ける場合がある。(例:両極RZ、両極NRZ)
説明
RZ
(Return to Zero)
RZ.png1をE[V]、0を0[V]で表す。
ビットとビットの間に必ず、0[V]の電位が入るため、タイミング同期が取りやすい特徴がある。
両極RZryo_RZ_2.pngRZを複流方式にしたもの。1を+E[V]、0を-E[V]として表す。
NRZ
(Non Return to Zero)
NRZ.png1をE[V]、0を0[V]で表す。RZと違い、ビットとビットの間に0[V]は入らない。そのため、パルス幅が広くなり高周波成分が少なくなる
両極NRZryo_NRZ.pngNRZの複流方式。±E[V]として両極の電圧まで広げたもの。
NRZI
(Non Return to Zero Inversion)
NRZI_2.png0のときは、電位を反転させ、1のときは変位させない。(図は単流方式のもの)
AMI
(Alternate Mark Inversion code)
(別名:バイポーラ方式)
AMI.png0は、0[V]に固定し、1は、+E[V]と-E[V]を交互に繰り返す。
CMI
(Code Mark Inversion code)
CMI.png1ビットの信号を2ビットに拡張して送信する。0は、"01"、 1は、"11"、"00"を交互に繰り返す。同じ信号が連続して続くことがないため、同期が取りやすい。
マンチェスタ符号Manchester.pngCMIと同様に1ビットの信号を2ビットに拡張して送信する。0は"01"、1は"10"を表す。同じ信号が連続で続くことがないため、同期が取りやすい。


・BnZSについて
信号の同期を取る場合、信号の立ち上がり/立ち下がりを抽出する事でタイミング情報を抽出する。AMI(バイポーラ方式)では、0が連続すると立ち上がり/立ち下がりがまったく発生しない状態が続くため、タイミング情報が失われ同期が取れなくなってしまう。そこで、AMIにおいて、0が複数回続いた場合に特定のパターンに変換することでタイミング情報の損失を防いだ方式がBnZS方式である。BnZSのnには、数字が入り、0がn回続いた場合に、特定のパターンに変換する事を表している。下図は、n=6のB6ZSの例を説明している。
・B6ZSの動作
B6ZSでは、0が6回続くと、「000000」を「0VB0VB」というパターンに変換する。(Vは、バイオレーションを表す。AMIでは1が来るごとに極性が反転するが、反転させない信号をバイオレーションという。通常のAMIではありえない信号であるため、正規の信号と特定のパターンとの間で区別をすることが出来る。Bは、バイポーラ側パルスを表す。順当で来るはずの極性側のパルス)

B6ZS.png



類題
26年第1回(設備)問1(2)(i) 伝送路符号の波形パターン



29_1_setubi_1_(2)ii.png

(ⅱ)
答え:③

解説
①②④正しい

③ 平衡対ケーブルを伝送媒体として電気信号を用いた伝送方式では、一般的に使用される周波数帯において、低周波成分 (正:高周波成分)ほど減衰量が大きいため、伝送路符号の低周波成分 (正:高周波成分)は少ないことが望ましい。

補足
・①②③について
<電気通信における伝送路符号に求められる特性>
平衡対ケーブルや同軸ケーブルを伝送媒体として電気信号を用いた伝送方式では、伝送路符号として、以下の(1)~(3)の特性が求められる。
(1)直流成分(低域成分/低周波数成分)が少ないこと
(2)タイミング抽出が行えること
(3)高周波成分が少ないこと

以下は、(1)~(3)の詳細な説明です。
(1)直流成分(低域成分/低周波数成分)が少ないこと
 伝送路に挿入される中継器には、給電電流分離用フィルタ、トランスなどが用いられることがあり、これらは直流成分(低域成分/低周波成分)を遮断する特性を持つため、直流成分が少ない伝送路符号が望ましいとされている。
※直流成分とは
 直流成分とは、信号を平均化したときに、現れる成分の事。直流成分は、+Eと-Eのバランスが悪いと発生してしまう。+Eと-Eのバランスがとれた伝送路符号は、平均化したとき0に近い信号となるため、直流成分が少ないといえる。
※直流成分と低周波数との関係
 直流成分が大きいということは、+Eと-Eの切り替わりが少なく、同じ電位が連続して続くことが多いことを意味する。これは波形と見たときには、1波長が長いことを表し、周波数としてみたときは低周波数になることを表している。

(2)タイミング抽出が行えること
タイミング情報の抽出方法には、外部タイミング方式と自己タイミング方式がある。
 ・外部タイミング方式:タイミング情報をデータ信号とは別の線から受け取る方式。
 ・自己タイミング方式:タイミング情報をデータ信号に埋め込む方式。信号レベルの立ち上がりと立ち下がり(0と1の切り替わり)を検出している。
伝送路では、自己タイミング方式によってタイミング情報を伝送している。自己タイミング方式は、同じ電位が連続して続くとタイミング情報が失われてしまう。そのため、伝送路符号では、電位が頻繁に切り替わりタイミング情報が失われない符号化が望まれる。


(3)高周波成分が少ないこと
電気信号では、表皮効果近接効果により、周波数が高くなるほど信号が減衰してしまう。そのため、高周波成分が少ない伝送符号が望まれる。
・表皮効果
 導線に交流電流を流す際、周波数が高くなるほど、電流が導線の表面に偏って流れる現象。高周波になると中心には付近は、ほとんど流れなくなり、電流が流れる面積が小さくなるため、見かけ上、抵抗値が高くなる。この効果により高周波数帯でのメタルケーブルによる伝送は大きく制限を受ける。30kHz以上になると、抵抗値が\( \sqrt{f} \)に比例して大きくなる。
hyouhikouka.png

・近接効果:撚り線などで隣接する複数の導体間において、相互に発生させる磁場により導体内の電流密度にムラができてしまい、抵抗値が高くなる現象。表皮効果と同じく、高周波数帯で影響が顕著となる。

・周波数と抵抗値の関係
下図は、周波数の増加に対して導体の抵抗値がどのように変化していくかを表わしたグラフ。(縦軸は抵抗値の倍率/横軸は周波数(対数グラフ))。
実線は、単線の導体、点線は、同心撚り線の値を表している。単線は、表皮効果の影響、同心撚り線は、表皮効果に加えて近接効果の影響で周波数に応じて抵抗値が増えているのが見て取れる。
hyouhi_graph.png

※用語の補足
平衡対ケーブル(ツイストペアケーブル):誘導による漏話を軽減する目的で絶縁被覆した2本の銅線をより合わせたケーブル。電話局から加入者宅まで加入者線やLANに使われる。減衰量は、周波数に比例するため、高周波数の信号の伝送には向かない。
同軸ケーブル:銅線を絶縁体で囲み、その上をシールドで覆ったケーブル。減衰量は、周波数をfとしたとき\(\sqrt { f } \)に比例する。

給電電流分離用フィルタ:中継器に電力を供給するために通信回線に電力を乗せる事があり、その場合は、中継器で電力を分離/結合するためのフィルタが必要になる

・④について
<多値符号について>
パルスの電圧を細分化した多値符号を使用すると、情報伝送量は増加するが、耐雑音性(ノイズなどによる誤差許容)が低下してしまう。以下の例では、2値符号と4値符号の比較をしている。1パルスで1bitの情報を送ることができる2値符号と比較して、同じ1パルスで2bitの情報を送ることのできる4値符号は、同じ時間で2倍の情報量を送ることができる。しかし、パルスの電圧を細分化しているため、隣接する値との識別が難しくなり、雑音などで波形が乱れた場合、伝送エラーなどが発生しやすくなってしまう。
tachika_rei.png

類題
26年第1回(設備)問1(2)(ii) デジタル化された信号を伝送路へ送出する場合の符号に対する必要条件



29_1_setubi_1_(3)i.png

(3)
(ⅰ)
答え:①

解説
① リンクステート型のルーティングプロトコルでは、平常時においては他のルータが正常に動作しているかどうかの確認にICMPパケット (正:Helloパケット)を用いており、ネットワークの状態に変更があったときにはルータが保有しているルーティング情報 (正:リンク情報)を交換している。

②③④正しい

補足
・ASと、IGP/EGPについて
AS(Autonomous System:自律システム)とは、統一されたルーティングポリシーによって管理されたネットワークの集まり(同じルーティングプロトコルで運用される範囲)と定義される。AS内部で利用されるルーティングプロトコルを、IGP(Interior Gateway Protocol)。AS間を繋ぐプロトコルをEGP(Exterior Gateway Protocol)と呼ぶ。
as.png

IGPとEGPには、下記の種類のルーティングプロトコルが存在する。
ディスタンスベクタ型リンクステート型パスベクトル型
IGPRIP、IGRPOFPF、
IS-IS
EGPBGP


・ディスタンスベクタ型とリンクステート型ルーティングの違い
ディスタンスベクタ型:目的経路までのホップ数(中継機器を通過する回数)と方向(ネクストホップ)により経路を決定する方式。隣接するルータ間でルーティングテーブルを交換し合うため、交換する情報量は、リンクステート型と比較して多くなるが、経路を算出するための計算量が少なく、性能が低い機器でも利用が可能。代表的なプロトコルとしてRIP(Routing Information Protocol)がある。

リンクステート型:各ルータが隣接するルータとのリンク状態を交換し合い、その情報を集約したデータベースを構築し、それをもとにルーティングテーブルを作成する方式。ルータ間で交換するリンク状態は、Helloパケットと呼ばれるパケットを使って定期的に行われるが、ルーティングテーブル自体を交換するディスタンスベクタ型と比べると交換する情報量は少ない。しかし、経路を算出が複雑なため、ルータは比較的高い性能が要求される。その他、ディスタンスベクタ型と比較して有利な特長としては、単純なホップ数ではなく経路の帯域幅を考慮したコスト値を使って最適経路を選出すること、エリアという概念を使って領域を分割することで大規模ネットワークへ対応できること、経路変化が起こった際の経路情報の収束(コンバージェンス)が速いこと、ルーティングループが発生しないことなどが挙げられる。一方で、初期のリンク情報の交換に時間がかかるといったデメリットもある。代表的なプロトコルとしてOSPF(Open Shortest Path First)がある。
ディスタンスベクタ型リンクステート型
経路の収束遅い速い
ルータの処理負荷小さい大きい
交換する情報量大きい小さい
更新タイミング定期的変更時
交換する情報ルーティングテーブルHelloパケット(リンクの状態)
隣接ルータの確認なしあり
ループの発生ありなし
最適経路の選定ホップ数コスト値(インタフェースの帯域幅)
ネットワーク規模小規模向け大規模向け
種類RIP、IGRPOSPF、IS-IS



・クラスフルルーティングとクラスレスルーティング
クラスフルアドレッシング/クラスフルルーティング
IPアドレスのネットワーク部とホスト部を分けるときに、オクテットで区切ったクラス単位でセグメントを分割する方法をクラスフルアドレッシングという。一つのセグメントは、クラス単位でしか分けられないため、例えば最小クラスのクラスCで、セグメントを切った場合、端末数を254台(※)にできるが、端末数が少ないネットワークがあった場合には、過剰なリソースによりIPアドレスの資源が無駄になる場合がある。逆に、254台を1台でも超えた場合、65534台収容できるクラスBを使わなければならず、ネットワーク設計の柔軟性が低い。このクラスフルアドレッシングの考えをベースにしたルーティング方法がクラスフルルーティングで、クラスごとに使われるアドレスが決まっているためルータ間でサブネットマスクアドレスを送り合う必要がない
(※28=256から、ホスト部が全部0のネットワークアドレスと、ホスト部が全部1のブロードキャストとネットワークアドレスを除いた、254台)

クラスレスアドレッシング/クラスレスルーティング
1bit単位でネットワーク部とホスト部を可変してセグメントを分割する方法をクラスレスアドレッシングという。クラスフルアドレッシングと比較して、細かい単位でセグメントを分割できるためIPアドレスのリソースを経済的に利用できる。ネットワーク部とホスト部の境界は、サブネットマスクアドレスによって指定されており、1の部分がネットワーク部、0の部分がホスト部を表す。クラスレスアドレッシングの考えをベースにしたルーティング方法をクラスレスルーティングといい、セグメントの分割情報であるサブネットマスクアドレスが必要となるためルータ間で交換される。
class_full_less2.png



29_1_setubi_1_(3)ii.png

(ⅱ)
答え:②

解説
① スタティックルーティングでは、一般に、ルーティングテーブルが一度設定されると、自動的にルーティングテーブルは更新されないが、宛先のネットワークへの到達性が失われたときには、自動的にルーティングテーブルが更新される(※)(※到達性が失われても自動でルーティングテーブルが更新されることはない)

② 正しい

③ ルータは、パケットの宛先IPアドレスとルーティングテーブルを照合して一致するエントリがないとき、一般に、パケットを破棄するが、ルータにループバックアドレス (正:デフォルトルート)の設定がされている場合にはパケットを破棄せずに他のネットワークへ転送する。

④ ルーティングテーブルは、一般に、宛先ネットワークアドレス、宛先MACアドレス(※)、メトリックなどで構成される。(※ルーティングテーブルは、MACアドレスを管理していない。)

補足
・ルーティングテーブルの概要
ルーティングテーブルは、各ルータが持っている通信経路を示すテーブル。目的の宛先に対して、自分が接続するどのルータにパケットを転送すればよいかが記載されている。各ルータは、受信したIPパケットの宛先を元にルーティングテーブルを検索し、該当する経路のネクストホップアドレスにIPパケットを転送する。ルーティングテーブルには、主に以下の情報が含まれている。
宛先ネットワークアドレス:宛先の端末が存在するネットワークを示すアドレス
ネクストホップアドレス:そのルータが直接接続されているルータのアドレス。転送するルータを示す。
※ネクストホップアドレスの代わりに、転送先のルータが接続されているインタフェースが含まれていることもある(以下の図では、両方が含まれる)
メトリック:宛先にたどり着くまでの経路の長さを表している。(ルーティングプロトコルによって基準にする値に違いがある。RIPではホップ数、OSPFではコスト値など。)
routing_table2.png

・スタティックルーティングとダイナミックルーティング
スタティックルーティング(静的ルーティング):管理者が事前にルーティング情報を設定しておく方式。基本的に運用中に設定が変わることはない
ダイナミックルーティング(動的ルーティング):ルーティングプロトコルを利用して、ネットワークの状況から最適な経路をルータが自動的に算出し、その経路を使ってルーティングする方式。
static_dinamic.png


・ルーティングの優先度について
ルータでは、ダイナミックルートとスタティックルートが混在しており、さらに複数のルーティングプロトコルが設定されている場合もある。その際、1つの目的経路に対して複数の経路があった場合、どのプロトコル(およびスタティックルート)を優先的に扱うかを決めることができる。この優先度の値は、ルータのメーカごとに名前が違っており、CISCOでは、AD値(アドミニストレーティブディスタンス値)、Juniperでは、プリファレンス値などと呼ばれている。一般的に、スタティックルートで設定されたルートが一番優先されるようになっていることが多い。

デフォルトルート:ルーティングテーブルに一致する経路がない場合に使われるパケットの転送先。宛先ネットワークアドレスは、0.0.0.0/0と表される。
デフォルトルートを使ったルーティングの例
defaultgateway.png

ループバックアドレス:ホストが自分自身を示すために使われるアドレス。「127.0.0.1」が使われる。


類題
28年第1回(設備)問1(3)(i) ルーティングテーブル







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