現(xiàn)代傳輸與交換技術

現(xiàn)代傳輸與交換技術教師：毛倩辦公室：儀表一館113Email:maoqiaTel:55271601(OM)1第1章導論通信系統(tǒng)的分類1傳輸技術5交換技術4現(xiàn)代通信網的結構3現(xiàn)代通信系統(tǒng)的目標22通信系統(tǒng)按照不同方式可分成如下幾類：

按傳輸信號的形式——模擬通信和數字通信在用戶線上傳輸模擬信號的通信方式稱為“模擬通信”，模擬信號無論在時間上或是在幅度上都是連續(xù)的。大多數電話通信就是模擬通信。數字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數字信息的信號。電報信號就屬于數字信號。1通信系統(tǒng)的分類3信息包含在脈沖的有無之中，只要噪聲絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈沖的有無.采用再生中繼方式，能夠消除噪音，再生的數字信號和原來的數字信號一樣，可繼續(xù)傳輸下去

抗干擾能力強

遠距傳輸能保證質量數字通信的優(yōu)勢如電話、電報、圖像、數據等，便于實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務數字網

適應各種通信業(yè)務便于實現(xiàn)加密處理……

便于采用大規(guī)模集成電路便于實現(xiàn)計算機管理41通信系統(tǒng)的分類按信道具體形式——有線通信和無線通信按通信工作頻段——長波通信、中波通信、短波通信、微波通信、光通信等。通信有線通信無線通信電通信雙絞線架空明線同軸電纜光纖通信短波通信微波通信衛(wèi)星通信散射通信……5第一章概述通信系統(tǒng)的分類1現(xiàn)代通信系統(tǒng)的目標262我們需要什么樣的通信系統(tǒng)現(xiàn)代通信新技術的目標支持任意類型的應用，如語音、視頻、傳真等（即多媒體網絡）提供更多更好的網絡管理工具提供網絡硬件/軟件的“無縫”連接，以及網絡之間的“無縫”連接在各個供應商的設備和網絡上都能夠運行良好的標準更大的吞吐量、更高的傳輸速率、更低的延遲7國內主要電信設備制造商：華為、中興、大唐、烽火，……國外主要電信設備制造商：西門子、富士通、朗訊、思科、NEC、北電網絡、……必須有統(tǒng)一的標準使各個制造商的設備及網絡能夠兼容，并且運行良好。8不斷增長的對更大通信容量的需求文本圖形聲音彩色圖像視頻帶寬要求設屏幕的分辨率為768×512：一屏文本需要的存儲空間約為96kbit;一幅由500條直線組成的矢量圖形需要的存儲空間約18.4kbit;存儲一秒語音信息需要的空間為64kbit;存儲一秒數字化高質量音頻需要的空間約為1.4Mbit；一幅靜止彩色圖像需要的存儲空間約為9.4Mbit；存儲一秒PAL制式的視頻圖像需要的空間約為240Mbit。9第一章概述通信系統(tǒng)的分類1現(xiàn)代通信系統(tǒng)的目標2現(xiàn)代通信網的結構3103現(xiàn)代通信網的結構電信網的基本組成如下圖所示113現(xiàn)代通信網的結構從功能的角度看，一個完整的現(xiàn)代通信網可分為相互依存的三部分：業(yè)務網、傳送網、支撐網，如下圖所示。12業(yè)務網業(yè)務網負責向用戶提供各種通信業(yè)務，如基本話音、數據、多媒體等，采用不同交換技術的交換節(jié)點設備通過傳送網互連在一起就形成了不同類型的業(yè)務網。主要業(yè)務網的類型如下表所示：13傳送網傳送網是隨著光傳輸技術的發(fā)展，在傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的基礎上引入管理和交換智能后形成的。傳送網獨立于具體業(yè)務網，負責按需為交換節(jié)點/業(yè)務節(jié)點之間的互連分配電路，在這些節(jié)點之間提供信息的透明傳輸通道，它還包含相應的管理功能，如電路調度、網絡性能監(jiān)視、故障切換等。目前主要的傳送網有SDH/SONET和光傳送網(OTN)兩種類型。14支撐網支撐網負責提供業(yè)務網正常運行所必需的信令、同步、網絡管理、業(yè)務管理、運營管理等功能，以提供用戶滿意的服務質量。支撐網包含三部分：同步網。負責實現(xiàn)網絡節(jié)點設備之間和節(jié)點設備與傳輸設備之間信號的時鐘同步、幀同步以及全網的網同步，保證地理位置分散的物理設備之間數字信號的正確接收和發(fā)送。信令網。對于采用公共信道信令體制的通信網，存在一個邏輯上獨立于業(yè)務網的信令網，它負責在網絡節(jié)點之間傳送與業(yè)務相關或無關的控制信息流。管理網。管理網的主要目標是通過監(jiān)視業(yè)務網的運行情況，采取各種控制和管理手段，以便在各種情況下充分利用網絡資源，保證通信的服務質量。15第一章概述通信系統(tǒng)的分類1現(xiàn)代通信系統(tǒng)的目標2現(xiàn)代通信網的結構3交換技術416通信網由通信終端、傳輸設備和交換設備組成，其中交換設備是整個網絡的核心。通信的目的是實現(xiàn)信息的傳遞。在通信系統(tǒng)中，信息是以電信號或光信號的形式傳輸的。一個通信系統(tǒng)至少應由終端和傳輸媒介組成，如下圖所示。終端將含有信息的消息，如話音、圖像、計算機數據等轉換成可被傳輸媒介接受的信號形式，同時將來自傳輸媒介的信號還原成原始消息；傳輸媒介則把信號從一個地點傳送至另一個地點。這樣一種僅涉及兩個終端的單向或交互通信方式稱為點對點通信。消息消息終端傳輸媒介終端5交換技術175交換技術當存在多個終端，且希望它們中的任何兩個都可以進行點對點通信時，最直接的方法是把所有終端兩兩相連，如下圖所示，這樣的一種連接方式稱為全互連式。多用戶全互連式連接185交換技術全互連式連接存在下列一些缺點：當存在N

個終端時，線對數量以終端數的平方增加；當這些終端分別位于相距很遠的兩地時，兩地間需要大量的長線路；每個終端都有N-l對線與其它終端相接，因而每個終端需要N-1個線路接口；增加第N+1個終端時，必須增設N

對線路。當N

較大時，無法實用化；由于每個用戶處的出線過多，因此維護工作量較大。195交換技術如果在用戶分布密集的中心安裝一個設備——交換機(switch，也叫交換節(jié)點)，每個用戶的終端設備經各自的專用線路(叫用戶線)連接到交換機上，如下圖所示，就可以克服全互連式連接存在的問題。用戶通過交換機連接205交換技術在上圖中，當任意兩個用戶之間要交換信息時，交換機將這兩個用戶的通信線路連通。用戶通信完畢，兩個用戶間的連線就斷開。有了交換設備，N個用戶只需要N

對線就可以滿足要求，線路的投資費用大大降低，用戶線的維護也變得簡單容易。盡管這樣增加了交換設備的費用，但它的利用率很高，相比之下，總的投資費用將下降。21電路交換在網絡中，兩個端點之間通常需要通過中間節(jié)點實現(xiàn)通信,這些中間節(jié)點并不關心數據內容，而是提供一個交換設備,把數據從一個節(jié)點轉發(fā)到另一個節(jié)點，直至達到目的端。因此交換技術主要是指網絡中間節(jié)點所提供的交換功能。通常，在網絡系統(tǒng)中主要使用三種交換技術:電路交換、報文交換和分組交換。電路交換（CircuitSwitching）電路交換的基本處理過程包括呼叫建立、通話(信息傳送)、連接釋放三個階段，最典型的例子是電話交換系統(tǒng)，如下圖所示。22電路交換23電路交換電路交換的主要特點：電路交換是一種實時交換，適用于實時要求高的話音通信（全程的傳輸時間≤200ms）。在通信前要通過呼叫為主、被叫用戶建立一條局間邏輯的端-端連接。如果呼叫請求數超過交換網的連接能力（過負荷），用戶會聽到忙音。電路交換預分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也虛占電路。據統(tǒng)計，傳送數字話音時電路利用率僅為36%。在傳送信息時，沒有任何差錯控制措施，不利于傳輸可靠性要求高的突發(fā)性數據業(yè)務。采用電路交換方式的交換節(jié)點在建立的連接通路上通常只提供一種基本的傳送速率(如64kb/s)。24報文交換報文交換（MessageSwitch）與電路交換的工作原理不同，在報文交換中，每份報文含有報頭，包含收、發(fā)雙方的地址，以便交換節(jié)點進行路由選擇。傳送報文時，沒有連接建立和釋放這兩個階段，而是由交換節(jié)點接收每份報文，予以存儲，再按照報頭內容向目的節(jié)點進行轉發(fā)（即存儲/轉發(fā)的方式）。報文交換過程如下圖所示。25報文交換26報文交換報文交換的優(yōu)點如下：節(jié)點之間的信道可被報文共享，因此線路利用率高；接收者和發(fā)送者無需同時工作,當接收者處于“忙”時,中間節(jié)點可將報文暫時存儲起來；當流量加大時，報文仍然可以接收，但延時會增加；可同時向多個目的端發(fā)送同一報文，實現(xiàn)多播（Multicast）功能；可以在報頭中設置報文優(yōu)先級，中間節(jié)點可根據報文優(yōu)先級的高低提供不同質量的轉發(fā)服務。能夠在網絡上實現(xiàn)報文的差錯控制和糾錯處理；可以進行傳輸速率和代碼格式的轉換,從而使兩個傳輸速率、數據格式相異的端點可相互連接。

27報文交換報文交換方式的主要缺點是不適于實時通信或交互式通信，網絡的延時比較長，波動范圍比較大。所以不能用來傳輸聲音或圖像信號，也不適用于交互式通信。報文交換方式主要用在早期的廣域網中。28分組交換分組交換與報文交換十分相似，但是需要將用戶的原始信息（報文）分成若干個小的數據單元來傳送，這些數據單元稱為分組（Packet），也可稱之為“包”。每個分組中必須附加一個分組標題，包含可供處理的控制信息（路由選擇、流量控制和阻塞控制等），交換機采用存儲/轉發(fā)方式傳送每一個分組。從原理上看，分組交換與報文交換相比似乎沒有明顯區(qū)別。而事實上，限制數據單元的最大長度將會明顯地改善網絡性能。分組交換技術是一種廣泛應用于網絡中的交換技術?，F(xiàn)有的公共數據交換網、局域網都采用分組交換技術。29數據報在分組交換網中,通常采用數據報（DG，DataGram）和虛電路（VC，VirtualCircuit）兩種方式來處理分組流。數據報：在數據報方式中,每個分組將獨立地進行傳輸,由于網絡的中間交換節(jié)點對每個分組可能選擇不同的路由,這些分組到達目的端的順序可能與發(fā)送的順序不同,因此目的端必須重新排序分組，組裝成一個完整的原始報文，如下圖所示。30數據報交換過程31虛電路虛電路是分組交換網向用戶提供的另一種網絡服務方式，數據傳輸過程與電路交換方式類似，也經歷三個階段：建立連接、數據傳輸和拆除連接。建立連接：源端在發(fā)送數據分組之前，先請求分組建立一條邏輯連接，網絡中間節(jié)點根據該請求在源端和目的端之間預先選擇一條傳輸路徑。（由于該路徑上的各段線路是共享的，并非獨占的，因此這種邏輯連接稱為虛電路。）數據傳輸：當虛電路建立起來后，源端和目的端之間便可以在這條虛電路上交換數據。在虛電路服務方式中，用戶所有的分組均按已建立的路徑有序地通過網絡，因此接收端不需要對收到的分組重新排序，分組在網內的傳送時延相對較小，且容易及時發(fā)現(xiàn)分組丟失。拆除連接：當數據傳輸完畢后,其中的任一個端點都可以發(fā)出拆除連接請求分組,終止這個虛電路。32虛電路交換過程33虛電路虛電路方式既不像電路交換那樣需要獨占線路，而是采用共享線路方式來建立連接，通過存儲—轉發(fā)方法實現(xiàn)數據交換；它又不同于數據報方式，只是在建立虛電路時選擇一次路由，后續(xù)的各個分組只要使用該路由傳送即可，而無需重新選擇路由。按虛電路方式通信，通信雙方便于進行流量控制和差錯控制，以保證按順序正確接收，所以虛電路意味著可靠的通信。當然它沒有數據報方式靈活，效率也不如數據報方式高。虛電路可以是暫時的，即會話開始建立，會話結束拆除，這叫做虛呼叫；也可以是永久的，即通信雙方一開機就自動建立，直到一方(或同時)關機才拆除，這叫做永久虛電路。34第1章導論通信系統(tǒng)的分類1傳輸技術5交換技術4現(xiàn)代通信網的結構3現(xiàn)代通信系統(tǒng)的目標2356光纖技術1960年，美國人梅曼發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，使光通信成為可能。1966年，英籍華裔學者高錕和霍克哈姆發(fā)表了關于傳輸介質新概念的論文，指出利用光纖傳輸信息的可能性和技術途徑，奠定了現(xiàn)代光通信的基礎。此后光纖通信發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在，單模光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率最高可達10Gb/s，無中繼傳輸距離可達100km~150km。電纜通信和微波通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。光纖通信用的近紅外光（波長約1μm）的頻率（約300THz），比微波（波長為0.1m~1mm）的頻率（3~300GHz）高3個數量級以上。36部分電磁波頻譜37光纖通信的優(yōu)點損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小若傳輸速率為2.5Gb/s，中繼距離可達150km；若傳輸速率為10Gb/s，中繼距離可達100km。容許頻帶很寬，傳輸容量很大抗電磁干擾性能好泄漏小，保密性能好……速率等級：155M、622M、2.5G、10G，……重量輕、體積小例如在美國A-7飛機上，用