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文檔簡介
1、 樓宇智能化技術(shù)樓宇智能化技術(shù)廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院第一章 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第一節(jié) 功能及傳輸對象 第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 第三節(jié) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié) 通信網(wǎng)絡(luò)(廣域網(wǎng)) 第五節(jié) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)) 第一節(jié) 功能及傳輸對象一、網(wǎng)絡(luò)的基本功能二、數(shù)據(jù)與信號三、模擬傳輸和數(shù)字傳輸一、 網(wǎng)絡(luò)的基本功能 樓宇的信息傳輸是樓宇智能化的基礎(chǔ)功能,信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是智能樓宇的神經(jīng)系統(tǒng),它不僅能實現(xiàn)話音通信,而且能實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、圖像的綜合傳輸、交換、處理和利用,它包括: 1)支持建筑物內(nèi)部有線電話、有線電視、電信會議等話音和圖像通信。 2)支持樓宇設(shè)備自動監(jiān)控、樓宇運營管理、住戶共用信息處
2、理、住戶專用信息處理等系統(tǒng)中設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。 3)支持各種廣域網(wǎng)連接,包括具有與公用電話網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和各種計算機(jī)通信網(wǎng)的接口。智能樓宇對信息傳輸?shù)男枨?,可從以下幾方面分?1)商用個人計算機(jī)(PC)、傳真機(jī)、文字處理機(jī)、工作站的安裝量和生產(chǎn)量 2)數(shù)據(jù)通信需求狀況 3)多媒體通信的需求 適用于智能樓宇的信息傳輸網(wǎng)絡(luò),目前主要有三種技術(shù)1)程控用戶交換機(jī)PABX(Private Automatic Branch eXchange)網(wǎng) 2)計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)LAN(Local Area Network) 3)PABX與LAN的綜合以及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN(Integrated Se
3、rvices Digital Network) 二、數(shù)據(jù)與信號 數(shù)據(jù):定義為有意義的實體。數(shù)據(jù)涉及到事物的形式,而信息涉及的是這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。信號:信號是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號發(fā)射是指沿傳輸介質(zhì)傳播信號的動作。傳輸:指傳播和處理信號的數(shù)據(jù)通信。 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種形式。模擬數(shù)據(jù)是連續(xù)的值。例如:聲音和電視圖像就是強(qiáng)度連續(xù)變化的,大多數(shù)用傳感器搜集的數(shù)據(jù),例如溫度和壓力,都是連續(xù)取值的,它們都是模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值。不僅在時間上離散,而且在幅度上也是離散的值(即幅度只取有限個離散的值)模擬數(shù)據(jù)可以通過“數(shù)字化”處理,轉(zhuǎn)變成數(shù)字
4、數(shù)據(jù). 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號是電磁波,這種電磁波可以按照不同頻率在各種介質(zhì)上傳輸。例如,話音經(jīng)過聲-電轉(zhuǎn)換器變成一個模擬電信號。數(shù)字信號是一系列的電脈沖。模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號來表示,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)字信號表示。三、模擬傳輸和數(shù)字傳輸 數(shù)字傳輸稱為基帶傳輸,模擬傳輸稱為寬帶傳輸。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號或數(shù)字信號來表示,因而也可以用這些形式傳播,右圖為示意圖。 模擬信號用連續(xù)變化的電磁波來表示數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)聲音電 話模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 二進(jìn)制電壓脈沖MODEM模擬信號數(shù)字信號用電壓脈沖序列來表示數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)模擬信號數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接表示或編碼編碼/解碼器第二節(jié)
5、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 一、 信道和傳輸損耗 二、 雙絞線 三、 同軸電纜 四、 光纖 五、 無線信道 六、 傳輸介質(zhì)的選擇 一、 信道和傳輸損耗 信道分類信道分類 按信道的用途分 例如用于電話的叫電話信道,用于電報的叫電報信道,用于電視的叫電視信道等 按傳輸介質(zhì)分 分為有線信道和無線信道,有線信道中的雙絞線、同軸電纜和光纖,以及無線信道中的無線微波接力和衛(wèi)星中繼通信系統(tǒng)。按傳輸信號的頻譜分 分為基帶傳輸信道和載波信道 按允許通過的信號分 分為模擬信道和數(shù)字信道 按使用的方法分 分為專用(租用)信道和公共(交換)信道信源發(fā)送裝置傳輸介質(zhì)接收裝置受信者狹義信道廣義信道 信道容量信道容量 一個給定信道的信道
6、容量是在傳輸差錯概率趨于零的條件下,單位時間內(nèi)可以傳輸?shù)男畔⒘?,或把信道能夠傳送信息的最大速率信道容量?香農(nóng)導(dǎo)出了一個公式來計算理論上的信道容量,它與信道帶寬以及分布于該有限帶寬上的信噪比有關(guān)。該公式如下式所示:C=log2 1+S/N 在這個公式中,S是信號通過信道的功率,以W為單位;N是信道上噪聲的功率,單位為W;而則是信道的帶寬,單位為Hz。 傳輸損耗傳輸損耗 信號在信道中傳輸時,面臨許多損耗,其中,最重要的是衰減、延遲畸變和噪聲。 二、 雙絞線物理描述物理描述雙絞線由兩條絕緣銅導(dǎo)線排成勻稱的螺旋狀組成,一對線作為一條通信線路。通常,一定數(shù)量這樣的導(dǎo)線對捆成一個電纜,外面包著硬保護(hù)性護(hù)
7、套。電纜中可以有多對線。導(dǎo)線對的絞紐可以減少線對之間的電磁干擾。以提供相對穩(wěn)定的導(dǎo)電特性。電纜的粗細(xì)為4.517mm不等,如圖1-3所示。無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP塑料外殼色標(biāo)塑料絕緣層銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線塑料外殼金屬屏蔽層2.特性傳輸 雙絞線可以用于傳輸模擬及數(shù)字信號。對于模擬信號,每隔56km需要放大器,對于數(shù)字信號,每隔23km需要轉(zhuǎn)發(fā)器。與其他傳輸介質(zhì)相比,雙絞線的傳輸距離、帶寬和數(shù)據(jù)率有限。當(dāng)頻率增高時,信號衰減增大。其他損耗對雙絞線也很嚴(yán)重。由于其易于和電磁場藕合,它對于干擾和噪聲相當(dāng)敏感。例如,與交流電力線平行的線會獲得50Hz的交流干擾。脈沖噪聲也易于侵入雙絞線。可以采取一些措
8、施來減少損耗。如用金屬編織網(wǎng)來屏蔽,可減少干擾;線的絞紐可減少低頻干擾,相鄰的線對采用不同的紋紐長度可減少串音。另一個技術(shù)是使用平衡傳輸線。對于非平衡線路,雙絞線的一條是地電位,而對于平衡傳輸,二條線都高于地電位,它們攜帶信號(例如表示二進(jìn)制0和1)的幅度相同,但相位相反,接收端是用相位差來判斷而不是用幅度差來判斷,因而可有效降低加性噪聲的干擾,增加傳輸距離。雙絞線最常用于聲音的模擬傳輸。雖然語音的頻譜在20Hz20kHz之間,但是進(jìn)行可理解的語音傳輸所需要的帶寬卻窄得多。一條全雙工音頻通道的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是300Hz4kHz。在一根雙絞線上,使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以進(jìn)行多個音頻通道的多路復(fù)用。每個
9、通道4kHz的帶寬,并在通道間提供適當(dāng)?shù)母綦x。雙絞線的帶寬可達(dá)268kHz,具有24條音頻通道的容量。 使用Modem就可以在模擬音頻通道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。根據(jù)目前Modem的設(shè)計,使用移相鍵控法PSK,實用的速度達(dá)到9600bps以上。在一條24通道的雙絞線上,總的數(shù)據(jù)傳輸率是230kbps.也可以在雙絞線上發(fā)送數(shù)字信號。目前,3類標(biāo)準(zhǔn)的無屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair)數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到10Mbps,5類標(biāo)準(zhǔn)的UTP數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到100Mbps,150的屏蔽雙絞線STP(Shielded Twisted Pair)數(shù)據(jù)傳輸率超過100Mbps。 應(yīng)用應(yīng)用到目前為
10、止,用于模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信中非常普遍的傳輸介質(zhì)仍是雙絞線。它是電話系統(tǒng)的支柱。雙絞線也被廣泛用于微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì),雙絞線最適合用于局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)點點之間的設(shè)備連接,但很少用于作為廣播方式傳輸?shù)墓灿妹襟w。因為廣播方式的總線通常需相當(dāng)長距離的非失真?zhèn)鬏敗A硗?,要想不影響其他用戶,又不較大地改變傳輸特性,而同時要對雙絞線進(jìn)行抽頭是比較困難的。 三、 同軸電纜物理描述物理描述像雙絞線一樣,同軸電纜也是由兩個導(dǎo)體組成,但其結(jié)構(gòu)不同。它能在一個較寬的頻率范圍內(nèi)工作。同軸電纜的基本結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。它由一個空心的外圓柱面導(dǎo)體包著一條內(nèi)部線形導(dǎo)體組成。外導(dǎo)體可以是整體的或金屬編織的,內(nèi)導(dǎo)體是整體的或多股的
11、。用均勻排列的絕緣環(huán)或整體的絕緣材料將內(nèi)部導(dǎo)體固定在合適的位置,外部導(dǎo)體用絕緣護(hù)套覆蓋。單根同軸電纜的直徑大約為0.52.5cm,幾個同軸電纜線往往套在一個大的電纜內(nèi),有些里面還裝有2芯紐絞線或4芯線組,用于傳輸控制信號。同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的,由于它的屏蔽作用,外界噪聲很少進(jìn)入其內(nèi)。外套屏蔽層(外導(dǎo)體)絕緣層內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體絕緣層屏蔽層(外導(dǎo)體)外套傳輸特性傳輸特性同軸電纜可以傳輸模擬和數(shù)字信號。同軸電纜比雙絞線有著優(yōu)越的頻率特性,因而可以用于較高的頻率和數(shù)據(jù)傳輸率。由于其屏蔽的同軸心結(jié)構(gòu),比起雙絞線來,它對于干擾和串音就不敏感。影響性能的主要因素是衰減、熱噪聲和交調(diào)噪聲。對于模擬信號的長途傳
12、輸,每隔幾千米就需要設(shè)置一個放大器。如果使用的頻率較高,則此距離還要縮短。模擬信號傳輸?shù)目捎妙l率大約可達(dá)到400MHz,對于長距離的數(shù)字信號傳輸來說,每km左右需設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)器,而要達(dá)到較高的傳輸速率,轉(zhuǎn)發(fā)器的間隔還要近些。在實驗室里,轉(zhuǎn)發(fā)器間距為16km時,傳輸數(shù)據(jù)率可達(dá)到800Mbps。應(yīng)用應(yīng)用同軸電纜是用途非常廣的傳輸介質(zhì),它廣泛地應(yīng)用于長距離的電話或電報傳輸、有線電視(電纜電視)、局部網(wǎng)絡(luò)和短距離系統(tǒng)連接的通信線路等。同軸電纜是長途電話系統(tǒng)中的一種重要傳輸介質(zhì),雖然面臨光纖、微波和衛(wèi)星等傳播信道的競爭,但是同軸電纜仍然是普遍應(yīng)用的介質(zhì)。利用頻分多路復(fù)用技術(shù),一條同軸電纜可以同時傳送一萬多個
13、話音信道。有線電視網(wǎng)使用視頻電纜傳送電視信號,在它上面可以開通視頻圖像通信和交互式信息服務(wù)。同軸電纜極為廣泛的用途是被許多局域網(wǎng)絡(luò)選為廣播式傳播介質(zhì)。用粗電纜或細(xì)電纜以及標(biāo)準(zhǔn)的接口器件可以連接大量的計算機(jī)設(shè)備和外部設(shè)備。 四、 光纖光纖的物理描述及光纖傳光原理光纖的物理描述及光纖傳光原理光纖是能傳導(dǎo)光線的一種媒質(zhì)。多種玻璃和塑料可用于制造光纖。超純纖維制造成本高,損耗稍高的多成分玻璃纖維也能達(dá)到較好的傳輸性能,并且成本低。塑料纖維更是便宜,可用作短距離的傳輸媒質(zhì)。圖1-5是目前己經(jīng)實用化的一種多模光纖的結(jié)構(gòu)。它由直徑為5075m的玻璃纖維芯線和適當(dāng)厚度的玻璃包層構(gòu)成。芯線的折射率n1略大于包層
14、的折射率n2,在芯與包層之間形成良好的光學(xué)界面。單芯光纖4芯光纖分散型多芯光纖光纖緩沖層抗拉線外殼抗拉線外殼纖芯纖芯剝皮線抗拉線外殼當(dāng)光以某一角度射到纖維端面時,光的傳播情形取決于入射角的大小,如圖1-6所示。入射光線與纖維軸線夾角稱為端面入射角。光線入芯線后又射到包層與芯線的界面上,而入射光線與包層法線夾角稱為包層界面入射角。由于n1n2,當(dāng)大于某一臨界角a時,光線在包層界面上發(fā)生全反射。與此a對應(yīng)的端面臨界入射角為a,當(dāng)a,即a時,不會產(chǎn)生全反射,這部分光線將射入包層而跑到光纖維外面去,如圖中射線。如果a,滿足全反射條件,那么,入射到芯線的光線將在包層界面上不斷地發(fā)生全反射,從而向前傳播,
15、如圖中的射線、所示。n1n2a多模方式 指的是多條滿足全反射角度的光線在光纖里傳播。由于存在多條傳播路徑,每一條路徑長度不等,因而傳過光纖的時間不同。這就造成信號碼元在時間上分散開,從而限制了數(shù)據(jù)率。單模方式 如果光纖芯體減小,必須減小入射角才能入射而向前傳播。當(dāng)芯體半徑減小到波長數(shù)量級時,可以在光纖里傳播的只有一個角度的光波。多模變率方式 芯體的折射率是變化的,光線傳播的路徑像正弦曲線。與不變折射率多模方式比較,它具有更有效的射線聚焦效果,因而性能有較大的改善。包層包層(n2)包層包層包層芯(n1)芯芯ABCDABCA單模光纖多模變率光纖多模光纖折射率折射率折射率光纖信道的組成光纖信道的組成
16、光纖信道的簡化框圖如圖1-8所示。它由光源、光纖線路和光探測器等三個基本部件組成。光纖信道可以傳送模擬和數(shù)字信息。但目前由于光源特別是激光器的非線性比較嚴(yán)重,模擬光纖系統(tǒng)用得較少,而廣泛采用的是數(shù)字光纖信道,即用光載波脈沖的有無來代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)。光纖信道是典型的數(shù)字信道。光源光調(diào)制器光纖線路調(diào)制電信號電信號處理電信號輸入光檢測器解調(diào)電信號電信號處理電信號輸出傳輸特性傳輸特性光纖利用光的全反射來傳輸攜帶電信號的光線,光波覆蓋可見光頻譜和部分紅外頻譜。與其他信道一樣,光纖信道也存在傳輸損耗,而且有時延失真。時延失真(畸變) 時延失真表現(xiàn)為輸入的信號脈沖經(jīng)光纖傳輸后,輸出的脈沖展寬,限制了傳輸數(shù)據(jù)率
17、,因為高的數(shù)據(jù)率使脈沖間距減小,那么輸出脈沖就會重疊,發(fā)生碼間串?dāng)_現(xiàn)像。導(dǎo)致時延失真的原因是色散和時散。傳輸損耗 產(chǎn)生傳輸損耗的主要原因是瑞利散射和材料吸收。如果光纖發(fā)生彎曲,還可能帶來附加的損耗,這是由介質(zhì)不均勻以及光入射角度的變化引起的。但實測表明,當(dāng)彎曲半徑大于8cm時,其損耗可以忽略。目前有一種多點使用光導(dǎo)纖維的方法,它在商業(yè)上是實用的,稱為無源星形耦合器。這種構(gòu)形在物理上是星形結(jié)構(gòu),但是在邏輯上是總線結(jié)構(gòu)。無源星形耦合器實際上是許多光導(dǎo)纖維熔化在一起制造而成的。任何輸入到耦合器一邊的一條纖維上的光線都被等分,并從另一邊的所有纖維上輸出。這樣,每一臺設(shè)備需要有兩條纖維連接到耦合器。應(yīng)用
18、及特點應(yīng)用及特點實用的光纖通信系統(tǒng)已在國內(nèi)外普遍應(yīng)用。單模光纖不僅適用于長距離大容量點到點的通信,在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)中的應(yīng)用尤為樂觀,許多廠家推出了光纖局域網(wǎng)產(chǎn)品。光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)標(biāo)準(zhǔn)、快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)支持1O0Mbps的數(shù)據(jù)率, 千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)支持1O00Mbps的數(shù)據(jù)率。同雙絞線和同軸電纜相比,光纖具有下列優(yōu)點:較大的帶寬 尺寸小而重量輕 較低的衰減 電磁隔離 較大的轉(zhuǎn)發(fā)器間距 由于光纖通信具有損耗低、頻帶寬、數(shù)據(jù)率高、抗電磁干擾強(qiáng)等特點,對高速率、距離較遠(yuǎn)的局域網(wǎng)也是很適用的。 五、 無線信道微波信道微波信道微波(130GHz)的波長很短,它具有類似光的傳播特性,在自由空間里只
19、能像光波一樣沿直線傳播,即所謂的視線傳播,其繞射能力、穿透性很弱。在傳播過程中遇到不均勻介質(zhì)時,將產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)像。微波要在更遠(yuǎn)距離傳輸信息,就需要采用“接力”方式了。微波信道具有如下特點:微波信道頻段的頻帶很寬,傳輸數(shù)據(jù)率較高,可以容納同時工作的無線電設(shè)備就多。在高頻段,受工業(yè)、無線電(中、長、短波)和宇宙等外部干擾的影響小,可使其傳輸能力大大提高。在lOGHz以下的波段受風(fēng)雨雪等惡劣氣像條件的影響小,可使其穩(wěn)定度大大提高。發(fā)射波束在視線范圍內(nèi)直線、定向傳播,保密性較全向的無線電波高。與電纜通信相比,其通信質(zhì)量相當(dāng),并且具有初期投資少,建設(shè)速度快,便于翻山過水和機(jī)動靈活等優(yōu)點,但保密性和日
20、常維護(hù)不及電纜通信。衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼構(gòu)成的信道可視為無線接力信道的一種特殊形式,它是以距地面35860km的同步衛(wèi)星為中繼站,實現(xiàn)地球上18000km范圍內(nèi)的多點之間的聯(lián)接。衛(wèi)星通信信道中傳輸?shù)淖钸m宜頻率范圍是11OGHz,低于1GHz時,相當(dāng)大的噪聲來自于自然界,包括銀河系、太陽系及大氣層的噪聲,還有來自各種電子裝置的人為噪聲。高于1OGHz時,由于大氣吸收和降雨,信號嚴(yán)重衰減。現(xiàn)在提供點到點業(yè)務(wù)的大多數(shù)衛(wèi)星用5.9256.425GHz的頻帶從地面向衛(wèi)星(上行線路)傳輸,用3.74.2GHz的帶寬從衛(wèi)星到地面(下行線路)傳輸。這是4/6GHz衛(wèi)星使用頻率波段。上下行線路頻率是
21、不同的,以提供全雙工通信方式。通信衛(wèi)星是與光纖同樣重要的一個技術(shù)革命。通信衛(wèi)星用于處理長距離的電話、用戶電報及電視業(yè)務(wù),衛(wèi)星是高利用率的國際中繼線上最適宜的媒介(中繼站)。另外,地面上的計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)可以由衛(wèi)星覆蓋網(wǎng)加以補(bǔ)充,這種大型網(wǎng)絡(luò)提供跨越國家、跨越洲際的聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)功能。六、 傳輸介質(zhì)的選擇傳輸介質(zhì)的選擇是由許多因素決定的。它受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的約束。其他因素也將起作用,例如:容量 支持所期望的網(wǎng)絡(luò)通信量??煽啃?滿足可用的要求。支持的數(shù)據(jù)類型 根據(jù)應(yīng)用特定的。環(huán)境范圍 在所要求的環(huán)境范圍內(nèi)提供服務(wù)。傳輸介質(zhì)的選擇是設(shè)計信息傳輸網(wǎng)絡(luò)整個任務(wù)的一部分。雙絞線是一種眾所周知的價格便宜的介質(zhì)。在
22、智能樓宇中使用量占主要地位,典型的用法是用五類或超五類雙絞線作為語音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì),提供優(yōu)質(zhì)的電話網(wǎng)系統(tǒng)和100Mbps到桌面的以太網(wǎng)服務(wù)。同軸電纜在智能樓宇中主要用于視頻信號的傳輸,如有線電視系統(tǒng),閉路監(jiān)控系統(tǒng)等的應(yīng)用.第三節(jié)第三節(jié) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)一、 編碼與解碼二、 多路復(fù)用三、 異步傳輸和同步傳輸四、 交換技術(shù) 一、一、 編碼與解碼編碼與解碼 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),模擬信號模擬信號發(fā)送的基礎(chǔ)是載波。它是頻率恒定的連續(xù)信號。用以下幾種不同載波特性的調(diào)制方法對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼:振幅、頻率、相位、或者這些特性的某種組合。圖1-11給出了對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號進(jìn)行調(diào)制的三種基本形
23、式:移幅鍵控法ASK,移頻鍵控法FSK,移相鍵控法PSK。 a b圖1-11 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制a)移幅鍵控法ASK b)移頻鍵控法FSK c)移相鍵控法PSK101101ttv101101ttv101101ttv 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),數(shù)字信號對于傳輸數(shù)字信號來說,最普遍而且最容易的辦法是用兩個電壓電平來表示兩個二進(jìn)制數(shù)字:使用負(fù)電壓(低)表示0,使用正電壓(高)表示1稱為不歸零制。不歸零制NRZ傳輸也有若干缺點。它難以決定一位的結(jié)束和另一位的開始。克服此缺點的一個編碼方案是曼徹斯特編碼: 每一位的中間有一個跳變, 位中間的跳變既作為時鐘,又作為數(shù)據(jù);從高到低的跳變表示1,從低到高
24、的跳變表示0。而差分曼徹斯特編碼位中間的跳變僅提供時鐘定時。用每位周期開始時有無跳變來表示0(1)的編碼。由于時鐘和數(shù)據(jù)包含在信號數(shù)據(jù)流中,所以這種編碼稱為自同步編碼。圖1-12 數(shù)字信號編碼a) NRZ編碼 b) 曼徹斯特編碼 c) 差分曼徹斯特編碼 00110HLHLHLa)b)c) 模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號利用數(shù)字信號對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的最常見的例子是脈碼調(diào)制PCM(Pluse Code Modu lation),它常用于對聲音信號進(jìn)行編碼。脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)的。采樣定理指出:如果在規(guī)則的時間間隔內(nèi),以高于兩倍最高有效信號頻率的速率對信號f(t)進(jìn)行采樣的話,那么這些
25、采樣值包含了原始信號的全部信息。利用低通濾波器可以從這些采樣中重新構(gòu)造出函數(shù)f(t)。如果聲音數(shù)據(jù)限于4000Hz以下的頻率,那么每秒8000次的采樣可以滿足完整的表示聲音信號的特征。然而,值得注意的是,這只是模擬采樣,為了轉(zhuǎn)換成數(shù)字采樣,必須把每一個模擬采樣值轉(zhuǎn)換成一個二進(jìn)制代碼。圖1-13表示這樣一個例子,每個采樣值都近似地量化為16個不同級中的一個。這樣,每個采樣值都能用4位二進(jìn)制數(shù)表示。當(dāng)然,精確地恢復(fù)成原始信號是不可能的了。如果使用7位二進(jìn)制表示采樣值的話,就允許有128個量化級,那么所恢復(fù)的聲音信號的質(zhì)量就比得上模擬傳輸所達(dá)到的質(zhì)量。這意味著,僅僅是聲音信號就需要每秒鐘8000次采
26、樣每個采樣7位56000bps的數(shù)據(jù)傳輸率。圖1-13 脈碼調(diào)制5121514119765321505.0112.3515.0514.211.29.37.156.44.63.011.97數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)PCM0101 1100 1111 1110 1011 1001 0111 0110 0101 0011 0010ttv二、二、 多路復(fù)用多路復(fù)用為了有效地利用傳輸系統(tǒng),人們設(shè)法通過同時攜帶多個信號來高效率地使用傳輸介質(zhì),這就是多路復(fù)用 . 若介質(zhì)的可用帶寬超過給定信號所需的帶寬,就采用頻分多路復(fù)用FDM技術(shù); 若介質(zhì)能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸率,就采用時分多路復(fù)用
27、TDM技術(shù)。 a)頻分多路復(fù)用 b)時分多路復(fù)用 1號信道(f1)2號信道(f2)3號信道(f3)4號信道(f4)5號信道(f5)6號信道(f6)保護(hù)頻帶MUX復(fù)合器DEMUX分離器112345665234傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)輸入輸出MUX復(fù)合器DEMUX分離器112345665234傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)輸入輸出時隙1時隙2時隙3時隙4時隙5時隙6時隙1時隙2時隙3時隙4圖1-14b中描述的時分多路復(fù)用TDM方案 ,也就是眾所周知的同步(Synchronous)時分多路復(fù)用TDM。它的時間片是預(yù)先分配好的,而且是固定不變的。因此,各種信息源的傳輸定時是同步的。與此相反,異步時分多路復(fù)用TDM允許動態(tài)地
28、分配傳輸介質(zhì)的時間片。時分多路復(fù)用TDM不僅局限于傳輸數(shù)字信號,也可以同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。另外,對于模擬信號,把時分多路復(fù)用TDM和頻分多路復(fù)用FDM結(jié)合起來使用也是可能的。一個傳輸系統(tǒng)可以頻分許多條通道,每條通道再用時分多路復(fù)用來細(xì)分。Bell系統(tǒng)的T1載波就是利用PCM和TDM技術(shù)提供24路(話音)采樣聲音信號復(fù)用一個通道。幀結(jié)構(gòu)如圖1-15所示。圖1-15 T1載波幀結(jié)構(gòu)信道各自輪流將編碼后的8位數(shù)字信號插入幀中,其中7位是編碼的數(shù)據(jù),第8位是控制信號,每幀除了248192位外,另加一位幀同步位,這樣一幀中就包含193位。每一幀用125s 傳送,因此T1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率為1.544Mbps
29、。 一 幀C1C2C247位數(shù)據(jù)位第8位是控制位193位第193位是幀編碼三、 異步傳輸和同步傳輸 異步傳輸一般以字符為單位,不論所采用的字符代碼長度為多少位,在發(fā)送每一字符代碼時,前面均加上一個“起”信號,其長度規(guī)定為1個碼元。字符碼后面均加上一個“止”信號,止信號一般為1個或2個碼元。 同步傳輸是以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的。因此,在一個串行的數(shù)據(jù)流中,各信號碼元間的相對位置都是固定的,接收方為了從收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分出一個個信號碼元,首先必須建立準(zhǔn)確的時鐘信號。 圖1-16 異步傳輸和同步傳輸a)異步傳輸 b)同步傳輸起始位停止碼 字符間的不確定延遲1Byte數(shù)據(jù)起始位停止碼一個
30、或多個SYN和其它控制字符多個數(shù)據(jù)字符結(jié)束控制字符 四、四、 交換技術(shù)交換技術(shù) 電路交換電路交換電路交換是指根據(jù)請求在一對站之間建立電氣連接的過程。在該連接被拆除之前,該線路不得被其他站使用。電路交換最常見的例子是共用電話網(wǎng)。利用電路交換進(jìn)行通信包括三個階段,參考圖1-17說明如下:建立電路 傳送數(shù)據(jù) 拆除電路 圖1-17 交換通信網(wǎng)絡(luò)示意圖1234567ABCDEF通信網(wǎng)節(jié)點站 報文交換報文交換報文交換是一種接收報文之后,把它存儲起來,等到有合適的輸出線路時再發(fā)送出去的一種技術(shù), 它主要用于非實時的通信。對于報文交換來說,它不需要在兩個站之間建立一條專用線路,如果一個站要發(fā)送一份報文,它就把
31、一個目的地址附在報文上,然后這個報文通過網(wǎng)絡(luò)一個節(jié)點一個節(jié)點地傳送到目的地。在每個節(jié)點,整個報文都被接收,并作短暫存儲,然后傳送到下一個節(jié)點。仍以圖1-17為例,設(shè)把報文從A站送到E站。A站把E站的地址附加到報文上,然后把它送給節(jié)點4。該節(jié)點把報文接收并存儲起來,并確定下一個支路,比如說選擇向節(jié)點5的傳輸路徑。然后節(jié)點4讓報文排隊等待通過4 5鏈路進(jìn)行傳輸,當(dāng)鏈路空閑時把報文傳送給節(jié)點5。節(jié)點5再以同樣方式把報文傳送給節(jié)點6,最終送到E站。在某些情況下,與站相連的節(jié)點或某些中間節(jié)點還可以保存該報文,用于出錯時重發(fā)或建立永久性記錄等用途。 分組交換分組交換分組交換又稱報文分組交換, 是將每份較長
32、的報文分解成若干長度的“段”,每一段報文加上交換時所需的地址、控制和差錯校驗信息,按規(guī)定的格式構(gòu)成一個數(shù)據(jù)單位,通常稱之為“報文分組”,或叫“包”,有時簡稱為“分組”。在通信網(wǎng)絡(luò)中,報文分組作為一個整體進(jìn)行交換。在傳輸時,各個分組可以斷續(xù)地傳送,也可以經(jīng)不同的路徑傳送到目的地。分組到達(dá)收信點后,再把它們按原來的順序裝配起來。在報文分組交換系統(tǒng)中,暫存報文分組僅僅是為了校正錯誤,一旦報文分組已被接收并確認(rèn)無誤就立即把它從存儲器中清除。利用圖1-17說明分組交換網(wǎng)絡(luò)的工作過程。設(shè)A站發(fā)送一個報文分組到節(jié)點4,節(jié)點4把它暫存一下,然后再把它傳到節(jié)點5,并繼續(xù)傳到終點E站??梢?,分組交換也屬于“存儲轉(zhuǎn)
33、發(fā)”方式。初看起來,分組交換和報文交換相似,只是簡單地把數(shù)據(jù)單元的最大長度限制到一個較小的長度而已,似乎無特別超過報文交換之處。然而這一簡單的措施對于網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能有顯著的影響。在說明這點之前,先介紹兩個重要的概念。即在分組交換網(wǎng)中,為了控制和管理通過網(wǎng)絡(luò)的“報文分組流”,目前有兩種主要方法:“數(shù)據(jù)報”和“虛電路”。 分組交換的數(shù)據(jù)報方式分組交換的數(shù)據(jù)報方式 在數(shù)據(jù)報方式中,每個報文分組作為一個獨立的信息單位來對待,這正像在報文交換網(wǎng)中每個報文獨立對待一樣。下面以一個例子來說明數(shù)據(jù)報的概念。 圖1-18 分組交換的數(shù)據(jù)報方式1234567ABCDEF1 2 31233121 2 3分組交換虛電
34、路方式分組交換虛電路方式 在虛電路方式中,在送出任何分組之前,先要建立一條邏輯連接。除了分組交換網(wǎng)絡(luò)資源不是永久地分配給特定的虛電路外,虛電路與經(jīng)由電路交換系統(tǒng)所建立的物理電路相類似。虛電路技術(shù)的主要特點是:在數(shù)據(jù)傳送之前必須在發(fā)送和接收站之間建立一條路由。 圖1-19 分組交換虛電路方式 1234567ABCDEF1 2 3123121 2 33虛電路(路由)交換技術(shù)的比較交換技術(shù)的比較 三種技術(shù)的主要特點:電路交換 在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條完全的通路。在線路釋放以前,該通路將由一對用戶完全占用。對于猝發(fā)式的通信,電路交換效率不高。報文交換 報文從源點傳送到目的地采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式,
35、在傳送報文時,同時只占用一段通道。在交接結(jié)點中需要緩沖存儲,報文需要排隊。因此,報文交換不能滿足實時通信的要求。分組交換 交換方式與報文交換類似,但報文被分成分組傳送,并規(guī)定了最大的分組長度。在數(shù)據(jù)報分組交換中,在目的地需要重新組裝報文。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中最廣泛使用的一種交換技術(shù)。不同的交換技術(shù)適用于不同的場合:1)對于交互式通信來說,報文交換是不合適的。2)對于較輕的和間歇式負(fù)載來說,電路交換是最合適的。因為可以通過電話撥號線路來使用公用電話系統(tǒng)。3)對于兩個站之間很重要的和持續(xù)的負(fù)載來說,使用租的線路交換線是最合算的。4)當(dāng)必須交換中等數(shù)量數(shù)據(jù)到大量的數(shù)據(jù)時,可用分組交換方法,這種
36、技術(shù)的線路利用率是最有效的。5)數(shù)據(jù)報分組交換適用于短報文和具有靈活性的特點。6)虛電路分組交換適用于長報文和減輕各站的處理負(fù)擔(dān)。第四節(jié)第四節(jié) 通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)(廣域網(wǎng)廣域網(wǎng))一、 公用電信網(wǎng)簡介二、 PABX通信網(wǎng)絡(luò)三、 ISDN網(wǎng)絡(luò)四、 寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)五、 寬帶接入技術(shù)(xDSL,FTTB) 一、 公用電信網(wǎng)簡介電信網(wǎng)的組成與分類電信網(wǎng)的組成與分類電信網(wǎng)一般是指由許多電信設(shè)備構(gòu)成的一個總體,它使得網(wǎng)內(nèi)位于不同地點的用戶可以通過它來交換信息。它是由用戶終端設(shè)備、交換設(shè)備和傳輸設(shè)備組成的。圖1-20是一個由兩級交換中心組成的網(wǎng)。端局至匯接局的傳輸設(shè)備一般稱中繼電路,端局至終端用戶的傳輸設(shè)備稱為用
37、戶線路。端局用戶既可通過端局交換設(shè)備與本局范圍內(nèi)的用戶相互接續(xù),也可通過瑞局和匯接局交換設(shè)備與本地區(qū)任一端局的用戶完成接續(xù)。一般將這種類型的網(wǎng)稱為匯接式的星形網(wǎng)。 圖1-20 電信網(wǎng)的基本組成匯接局端局端局端局用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶電話網(wǎng)電話網(wǎng)市話通信網(wǎng) 在一個中小城市或一個縣,只設(shè)一個交換局,為全網(wǎng)所有用戶服務(wù),構(gòu)成單局制電話網(wǎng)絡(luò),如圖1-21所示。單局制網(wǎng)一般只適用于發(fā)展初期,當(dāng)城市用戶不斷發(fā)展,服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大情況下,將會出現(xiàn)多個交換局,這時的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)如圖1-22所示圖1-21 單局制電話網(wǎng)絡(luò) 用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端
38、模塊PABX中繼線交換機(jī)長話局長途線路圖1-22 多局制電話網(wǎng)絡(luò)用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊中繼線交換機(jī)長話局長途線路用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊PABX中繼線交換機(jī)用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊PABX中繼線交換機(jī)對于大城市來說,電話用戶多且分布很廣,最終網(wǎng)路容量可達(dá)數(shù)十萬或幾百萬用戶,也就是說可能采用6、7位或8位數(shù)字的編號計劃。這時的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)將為兩級式,即除端局外還要設(shè)一個或多個匯接局,一般組成集中式匯接網(wǎng), 如圖1-23所示 圖1-23 單匯接局集中式匯接網(wǎng)用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊
39、用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊PABX中繼線用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊PABX中繼線端局端局端局匯接局高效直達(dá)電路當(dāng)網(wǎng)中用戶容量繼續(xù)增長,端局增多時就要實行分區(qū)匯接制,即設(shè)多個匯接局 圖1-24 多匯接局匯接網(wǎng) 用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊中繼線端局端局匯接局用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊PABX中繼線用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊PABX中繼線端局端局匯接局用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊端局匯接局用戶用戶用戶用戶用戶用戶遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊端局通信網(wǎng)中開放的業(yè)務(wù)通信網(wǎng)中開放的業(yè)務(wù)當(dāng)前通信網(wǎng)中開放的業(yè)
40、務(wù)主要有電話、電報、數(shù)據(jù)、傳真、電視電話會議、各類移動通信、遙控遙測報警等。另外,還有專用的通信業(yè)務(wù)如宇航通信、高保真度電視廣播等業(yè)務(wù)也已開始使用。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是與計算機(jī)的發(fā)展密切結(jié)合的一種通信業(yè)務(wù),發(fā)展很快。目前,國內(nèi)國外已建立起許多專用數(shù)據(jù)網(wǎng)。這些網(wǎng)大都租用公用通信網(wǎng)的電路,也有少數(shù)由專用部門自建電路。在公用網(wǎng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一部分利用電話網(wǎng)傳輸,另一部分在公用分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)中傳輸,從傳輸速率來看,低中速數(shù)據(jù)多在電話網(wǎng)中傳輸,高速數(shù)據(jù)多在數(shù)字信道或在分組網(wǎng)中傳輸??梢曤娫挊I(yè)務(wù)是同時傳送圖像和話音的業(yè)務(wù),當(dāng)前有些國家已使用,但因費用較貴還不能普及??梢曤娫捰袃煞N類型,一種雙方用戶通話的同時,可看到對
41、方的活動頭部圖像,有時也稱電視電話,另一種類型雙方用戶通話時可看對方頭部靜止圖像。但每過一分鐘換一次畫面。在可視電話基礎(chǔ)上又開放了電視會議電話,這種業(yè)務(wù)專為召開會議的用戶單位提供服務(wù),除會議主會場外可設(shè)多個遠(yuǎn)地的分會場,各會場間不僅可聽到發(fā)言人的話音還可看到發(fā)言人的圖像及會場的場景。 二、二、 PABX通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò) PABX的基本原理的基本原理PABX的硬件一般由外圍接口電路、信號設(shè)備、數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)、控制設(shè)備、話務(wù)臺及維護(hù)終端組成,如圖1-25所示。 圖1-25 PABX的結(jié)構(gòu)用戶電路用戶集線器用戶處理器用戶電路遠(yuǎn)端用戶集線器用戶處理器數(shù)字中繼數(shù)字中繼模擬中繼數(shù)字中繼數(shù)字中繼線模擬中繼線話
42、務(wù)臺接口話務(wù)臺信號單元中央處理器數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)存儲器I/O設(shè)備控制電路維護(hù)終端 PABX的主要技術(shù)性能的主要技術(shù)性能內(nèi)部呼叫功能 出局呼叫功能非話音業(yè)務(wù) 話務(wù)臺主要接續(xù)功能維修測試功能故障檢測功能 PABX的入網(wǎng)方式的入網(wǎng)方式(1)全自動直撥中繼方式1) DOD1+DID中繼方式 2) DOD2+DID中繼方式 用戶級交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)字出中繼數(shù)字入中繼數(shù)字入中繼數(shù)字出中繼交換網(wǎng)絡(luò)PABX市話局程控交換機(jī)PCM數(shù)字中繼線路用戶級交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)字出中繼數(shù)字入中繼數(shù)字出中繼交換網(wǎng)絡(luò)PABX市話局程控交換機(jī)PCM數(shù)字中繼線路用戶級(2)半自動中繼方式 3)混合中繼方式 DODl+DID+BID中繼方式 用戶級交換
43、網(wǎng)絡(luò)模擬出中繼模擬入中繼交換網(wǎng)絡(luò)PABX市話局程控交換機(jī)模擬中繼線路用戶級話務(wù)臺用戶級交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)字出中繼數(shù)字入中繼數(shù)字入中繼數(shù)字出中繼交換網(wǎng)絡(luò)PABX市話局程控交換機(jī)PCM數(shù)字中繼線路模擬入中繼模擬中繼線路用戶級話務(wù)臺 PABX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)智能樓宇的PABX網(wǎng)絡(luò)是一個星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng) PABX遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊遠(yuǎn)端模塊用戶終端用戶終端用戶終端公用電話網(wǎng) 三、三、 ISDN網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 2B+D信道信道一個B信道正好可以傳送1路電話。除電話外,在B信道上還可以使用用戶電報、文件傳真、智能用戶電報和可視圖文等業(yè)務(wù)。在D信道上,還可以利用先進(jìn)的分組交換網(wǎng)來傳送數(shù)據(jù)。B1,8bitB2,8bitD,2
44、bitBBDDB1B2125微秒,20bit1幀時間是125微秒2B+D時分復(fù)用設(shè)備 ISDN的特點的特點(1)多種業(yè)務(wù)的兼容性 (2)數(shù)字傳輸 (3)標(biāo)準(zhǔn)化的用戶接口 (4)使用便利 (5)終端移動性 (6)費用低廉 四、四、 寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 寬帶寬帶ISDN寬帶ISDN和窄帶ISDN在技術(shù)上存在較大區(qū)別。 窄帶ISDN用戶線路上的信息傳輸速率是 16Okbps,寬帶ISDN用戶線路上的信息傳輸速率則可高達(dá) 155.52Mbps,為窄帶ISDN的800倍以上。寬帶ISDN的一個主要目標(biāo)是傳送電視信號。一路模擬電視信號,數(shù)字化以后大約是14OMbit/s信息量,采用信息壓縮的方法,可
45、使其降到34Mbit/s左右。對于下一代的高清晰度電視,經(jīng)壓縮后的信息量為 14OMbit/s左右。由此可見,在寬帶ISDN用戶線路上可以傳送一路數(shù)字化的高清晰度電視信號。 異步轉(zhuǎn)送方式(異步轉(zhuǎn)送方式(ATM) ATM的基本特征是信息的傳輸、復(fù)用和交換都以信元(Cell)為基本單位。按國際電報電話咨詢委員會(CCITT)的建議,每個信元長53個字節(jié)。其中前面5個叫信頭(Header),用來表示這個信元來自何處,去往哪里,是什么類型等等。后面48個字節(jié)是要在線路上傳送的信息,信元的結(jié)構(gòu)如圖1-33所示。在寬帶ISDN用戶線路上傳送的,就全是這種信元。依據(jù)信頭,就可以把寬帶ISDN用戶線路上的各個
46、信元區(qū)分開,并把它們送往不同的目的地。不過,在使用ATM后,會有一部分線路傳輸能力用在信頭上。因此,用戶能夠使用的傳輸速率將不再是155.52Mbps,而是(155.525348) Mbps=140Mbps。 5字節(jié)信頭48字節(jié)信息域ATM信元GFCVPIVPIVCIVCIVCIPTRES CLPHEC87654321VPIVCIVCIVCIVCIPTRES CLPHEC87654321字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5UNINNI信頭對UNI和NNI來說有不同之處GFC(Generic Flow Control):一般流量控制域。只有UNI定義了這個域。VPI(Virtual Path Iden
47、tifier):虛路徑標(biāo)識符。VCI(Virtual Channel Identifier):虛通道標(biāo)識符。PT(Payload Type):凈荷類型,即后面48字節(jié)信息域的信息類型。當(dāng)PT為00時,表示為用戶信息。RES(Reserved),保留位,可以用作將來擴(kuò)展定義,現(xiàn)在指定它恒為0。CLP(Cell Loss Priority):信元丟棄優(yōu)先級。 HEC(Header Error Control):信頭校驗碼 。為什么使用ATM后可以適應(yīng)用戶的不同速率分配的要求。首先假設(shè)用戶期望按1:2的比例來劃分155.52Mbps的信息傳輸能力,即使用每秒大約lO0Mbit的速率與某用戶A進(jìn)行通信
48、,使用每秒大約5OMbit的速率與另一用戶B進(jìn)行通信。這種情況下,在寬帶ISDN用戶線路上每傳輸兩個送給用戶A的信元時,傳送一個送給用戶B的信元,如圖所示。AAAABB信元1信元2信元3信元4信元5信元6ATM可以非常靈活地適配各種不同的速率要求。用戶幾乎可以按任何方式把信道分割成任意多個不同速率的子信道,只要它們的速率之和不超過信道的總?cè)萘?,?55.52Mbps就可以了。 寬帶寬帶ISDN和寬帶交換和寬帶交換寬帶ISDN是由現(xiàn)在的電信網(wǎng)演變過來的。寬帶交換技術(shù)也是由現(xiàn)在的交換技術(shù)發(fā)展出來的。寬帶ISDN交換機(jī)與電路交換很不相同。因為在寬帶ISDN用戶線路上傳送的信息是ATM信元,這一個AT
49、M信元是送往A的,下一個ATM信元可能就是送往B的。因此,交換機(jī)要逐個地分析ATM信元的信頭,然后確定把它們送到哪里去。這個工作,很像郵局里分揀信函的工作。對于這種處理ATM信元的交換機(jī),我們常常叫作ATM交換機(jī)。寬帶交換技術(shù)就是指寬帶ISDN中的交換技術(shù)。由此我們可以說,寬帶交換就是ATM交換。 ATM交換交換分組交換不適于寬帶ISDN的主要原因是信息分組的隨機(jī)性延遲。ATM交換可以看作是對分組交換的這個問題進(jìn)行改進(jìn)的結(jié)果 反饋重發(fā)是造成隨機(jī)性延遲的一個重要原因。在ATM交換中取消了反饋重發(fā)。我們注意到,在ATM信元的定義中,就沒有對整個信元作錯誤檢驗,而只有對信頭部分的錯誤檢驗(HEC)。
50、實際上,即使一個ATM信元的信頭部分錯了,也不會在寬帶ISDN中進(jìn)行反饋重發(fā),而只是把這個ATM信元丟掉就行了。2143214321同步時分復(fù)用數(shù)據(jù)分組ATM信元123146ms6msTTT321終端收到的信號網(wǎng)上的延時都小于T終端發(fā)出的信號話音、活動圖像等恒定速率的實時性信號,在裝入一個個ATM信元后,應(yīng)該是每隔一個固定的時間間隔串現(xiàn)一次。例如:64kbps語音信號裝入155.52Mbps的ATM信元,因為每個信元內(nèi)有488bit=384bit用戶信息,所以每秒內(nèi)共出現(xiàn)64000384=167個裝載該語音信號的ATM信元。即每隔6毫秒出現(xiàn)一次。假如這些ATM信元在經(jīng)過寬帶ISDN后的隨機(jī)性延
51、遲都不大于某一定值T,那么它們就可以在接收端重新組織成無失真的話音信號。 根據(jù)信號的實際要求,就可以確定一個最大延遲值T。剩下的問題就是如何設(shè)計ATM交換系統(tǒng),使它能滿足隨機(jī)性延遲不大于T的要求。根據(jù)對分組交換方式中產(chǎn)生隨機(jī)性延遲的原因的分析,我們想到可以由下面一些方面來改進(jìn)。1)反饋重發(fā)是造成隨機(jī)性延遲的一個重要原因。在ATM交換中取消了反饋重發(fā)。 2)ATM信元還可能會在交換機(jī)內(nèi)部和在中繼線路上被延遲,而中繼線路上的延遲主要是排隊造成的。在ATM交換方式中,借用了電話交換中的方法,先要用信令信元去申請建立虛路徑和虛通道,允許了才能開始通信,因此可以避免排隊造成過大的隨機(jī)延遲。 3)最后要考
52、慮的是ATM信元在交換機(jī)內(nèi)部的延遲。這個延遲的大小取決于ATM交換機(jī)的能力。為了使ATM信元在交換機(jī)中獲得快速及時的處理,ATM交換機(jī)就不能再使用普通的分組交換機(jī)的結(jié)構(gòu)。關(guān)于ATM交換結(jié)構(gòu)的研究,是寬帶交換中的熱點。五、五、 寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù)(XDSL,FTTB) l)銅環(huán)接入技術(shù),即數(shù)字用戶線DSL(Digital Subscriber Line)技術(shù)。它是一個系列,稱xDSL,用于分布在全球的幾百萬千米的現(xiàn)存銅環(huán)基礎(chǔ)設(shè)施. 是最具前景及競爭力的一種,將在未來十幾年甚至幾十年內(nèi)占主導(dǎo)地位。2)在光纖/同軸電纜上的接入技術(shù)。Cable Modem是廣電系統(tǒng)普遍采用的接入方式,也就是通常
53、意義上的有線電視網(wǎng)絡(luò)接入方法。由于原來鋪設(shè)的有線電視網(wǎng)就是一個高速寬帶網(wǎng),所以僅對入戶線路進(jìn)行改造,就可以提供理論上上行8Mbps、下行30Mbps的接入速率。目前美國50%以上的寬帶用戶就采用Cable Modem方式接入。但是致命的缺點是Cable Modem采用共享結(jié)構(gòu),帶寬資源隨著用戶的增多,個人的接入速率會有所下降,安全保密性也欠佳。 3)在無線介質(zhì)上的衛(wèi)星接入技術(shù)。它是廣播電視部門的無線部分開發(fā)的,用于分布在全球的為電纜電視頭端提供視頻信道的衛(wèi)星基礎(chǔ)設(shè)施。1)HDSL/HDSL2(High-data-rate Digital Subscriber Line) 高數(shù)據(jù)速率數(shù)字用戶線。
54、這是一種上下行速率相同的DSL技術(shù),它在兩對銅雙絞線上的兩個方面上均勻傳送T1(1.544Mbps)帶寬的數(shù)據(jù),若是使用三條雙絞線時速度還可以提升到E1(2.048Mbps)的傳輸速率。因為HDSL的傳送速率剛好與T1管線的速率相匹配,所以在北美本地電信局已經(jīng)在可能的情況下使用該技術(shù)提供本地接入T1業(yè)務(wù)。HDSL的傳送距離比ADSL的傳送距離短,當(dāng)用戶線長度超過3.6km時,電信局需要安裝信號再生器以延長業(yè)務(wù)范圍。由于HDSL需要兩對雙絞線,它最開始被用于PABX網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)、Internet業(yè)務(wù)和專用數(shù)據(jù)局。 2)ADSL(Asymmetric Digital Subscrib
55、er Line) 非對稱數(shù)字用戶線ADSL被設(shè)計成向下流(下行,即從中心局到用戶側(cè))比向上流(上行,即從用戶側(cè)到中心局)傳送的帶寬寬,因而最適合于Internet接入。其下行速率從1.5Mbps到8Mbps,而上行速率則從16640kbps。在一對銅雙絞線上的傳送距離可達(dá)5km左右。除了用于Internet接入外,電信部門還希望利用ADSL接入遠(yuǎn)端LAN或接入視頻點播(VOD)業(yè)務(wù)。它可說是目前xDSL領(lǐng)域中最成熟的技術(shù),這種上下傳輸速度不一致的情況非常符合用戶上網(wǎng)使用網(wǎng)絡(luò)情況,并且已被ANSI及ETSI組織標(biāo)準(zhǔn)化了,所以ADSL是現(xiàn)在寬帶上網(wǎng)主要方式。3)RADSL(Rate-Adaptiv
56、e Digital Subscriber Line) RADSL(自適應(yīng)可調(diào)傳輸率數(shù)位用戶線路)是一種ADSL技術(shù)的延伸,可以自動測試線路品質(zhì)及線路長度,并調(diào)整線路速率。 4)SDSL(Single-line Digital Subscriber Line) 單線對數(shù)字用戶線.它與HDSL類似,可以在兩個方向上(上行和下行)傳送1-544Mbps的帶寬,但它利用一對銅雙絞線。一對銅雙絞線的使用使其傳送距離受到限制,SDSL應(yīng)用的傳送范圍為3km左右。它可在小范圍的應(yīng)用上找到位置,如住宅電視會議或遠(yuǎn)端LAN接入等。5)IDSL (ISDN DSL 綜合數(shù)字業(yè)務(wù)用戶環(huán)路)技術(shù)也與HDSL相同,它可
57、以提供ISDN的基本速率(2B+D)或基群速率(30B+D)的雙向業(yè)務(wù),但I(xiàn)DL與ISDN完全不同,ISDN是交換技術(shù),ISDL是網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 不同于ISDN的最大特性是交換數(shù)據(jù)不通過交換機(jī)。 6)VDSL(Very-high-data-rate Digital Subscriber Line),甚高數(shù)據(jù)速率數(shù)字用戶線。VDSL是不對稱的,它的傳送范圍在300m到1.4km左右,但它的傳送帶寬很寬:在一對銅雙絞線上,其下行速率可達(dá)352Mbps,上行速率可達(dá)1.52.3Mbps。很寬的帶寬可以使電信部門能夠用VDSL技術(shù)傳送高清晰度電視(HDTV)節(jié)目。 7)UDSL (Ultrahigh bi
58、t-rate DSL 超高速數(shù)字用戶環(huán)路)也是ADSL技術(shù)的一種,但其傳輸速率更高,可達(dá)155Mbps,不過傳輸距離只有數(shù)十米,Internet用戶使用價值不大.目前僅處于實驗階段。ADSL采用了高級的數(shù)字信號處理技術(shù)和新的算法壓縮數(shù)據(jù),使大量的信息得以在銅制雙絞線(普通電話線)上高速傳輸。為了在電話線上分隔有效帶寬,產(chǎn)生多路信道,ADSL調(diào)制解調(diào)器一般采用兩種方法實現(xiàn),頻分多路復(fù)用(FDM)和回波消除(Echo Cancellation)技術(shù)。ADSL與以往調(diào)制解調(diào)技術(shù)的主要區(qū)別在于其上下行速率是非對稱的,即上下行速率不等, ADSL技術(shù)的高下行速率和相對而言較慢的上行速率非常適于做 Int
59、ernet瀏覽使用,使在現(xiàn)有 Internet 網(wǎng)上提供多媒體服務(wù)成為可能。它無需修改任何現(xiàn)有協(xié)約和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (實際上要做的就是在電信公司的線路出口和用戶的電話線路入口各加一臺 ASDL調(diào)制解調(diào)器),即可在電訊公司與最終用戶間架起一座高速通道。目前ADSL 共有 3 種國際標(biāo)準(zhǔn) , 提供 2 種不同的傳輸速度 。ANSI T1-413 issue 2 (full rate) ITU-T G.992.1 (Full rate)ITU-T G.992.2 (Lite rate) Full rate ADSL 傳輸速度高達(dá) 8Mbps (下傳) 和 640kbps (上傳) 。 而 Lite rat
60、e ADSL 傳輸速度可達(dá)到 1.5Mbps (下傳) 和 512kbps (上傳) 。 線路的距離和線路品質(zhì)影響實際的傳輸速度。ADSLADSL與與Cable ModemCable Modem及及普通撥號普通撥號 ModemModem、N-ISDNN-ISDN的比較的比較: 1)與Cable Mode相比,ADSL技術(shù)具有著相當(dāng)大的優(yōu)勢。Cable Modem的HFC接入方案采用分層樹形結(jié)構(gòu),其優(yōu)勢是帶寬比較高(10Mbps),但這種技術(shù)本身是一個較粗糙的總線型網(wǎng)絡(luò),這就意味者用戶要和鄰近用戶分享有限的帶寬,當(dāng)一條線路上用戶激增時,其速度將會減慢。再者,有關(guān)資料表明,大部分情況下,HFC方案
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